1 引言

先前的軟土地層開挖使用了地下連續墻和支桿對地層進行支護，在硬土地層開挖更多地使用地下連續墻(concrete diaphragm)和預應力錨索(prestressed ground anchors)聯合支護，即Tie-back Wall。下面簡要總結了這個項目的模擬過程和關鍵步驟。

軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1

軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2

軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 3

2 模擬過程

2.1 材料模型

模型的開挖寬度為20m，深度為15m。混凝土連續墻長度為16m，厚度為0.35m。開挖邊界兩側使用兩排錨索支護墻體。為了敘述簡潔方便，這里我使用了"錨索"，等同于"地層錨桿"的稱謂, 這是從采礦工程借用過來的一個術語，錨索與錨桿的本質區別在于長度。在采礦工程中，一般長度8m以下的稱作錨桿，8m以上的稱作錨索。不管怎樣，這只是一個專業的稱謂。錨索長度為14.5m，與水平面的夾角為33.7°（2:3)。在開挖左側地表，存在一個10kPa/m的線性載荷。

地層由三層土組成。第一層是Silt, 厚度3m; 第二層是Sand, 厚度12m; 第三層是Loam, 厚度15m。按照上面的幾何模型建立材料模型。使用“Create borehole”工具產生三層土，均采用硬化土模型(Hardening soil)，排水類型按排干drained。

2.2 安裝地下連續墻

地下連續墻的模擬包括墻體模型建立以及使用界面元模擬墻與土體的相互作用。使用“Create structure”工具創建板單元，然后輸入板的材料參數，最后把材料模型賦值到幾何模型。選擇地下連續墻的幾何體，為其兩側創建正界面和負界面。

2.3 安裝錨索

首先產生三步開挖，第一步開挖至3m, 系統自動定義到Sand層的底部；第二步開挖至7m, 第三步開挖至10m；然后安裝錨索，錨索使用非全長粘結【全長粘結錨桿數值模型(fully grouted cable bolts) 】，非錨固段使用node-to-node anchor模型，錨固段使用Embedded beam row模型【Plaxis 3D/2D中樁的模擬---Embedded Beam(Pile) Modeling】。最后定義分布載荷。

2.4 劃分網格

在完成上述步驟后，產生的網格如下圖所示。

2.5 計算階段

這個項目的計算劃分為6個階段。在初始階段后，按順序增加: (1) Phase 1安裝墻和線性載荷。(2) Phase 2第一步開挖。(3) Phase 3 安裝第一層錨索，施加預應力。(4) Phase 4 第二步開挖。(5) 安裝第二層錨索，施加預應力。(6) 最后一步開挖。

3 計算結果

下面所示的是最后階段的網格變形圖和主應力分布圖。

4 關鍵步驟

本項目的第一個重點是如何模擬非全長粘結的錨索，非錨固段使用node-to-node anchor模型，錨固段使用Embedded beam row模型；第二個重點是Van Genuchten關系式的使用，通過計算地下水流產生新的水壓力(孔隙壓力)分布。