PLAXIS 梅斯塔 补偿桩筏基础的三维分析

  最近想着很多工程实际，必须要从原理，从参数，从实际简化。到最终结果。而不是简单的建模丢给软件，出来结果就提。到底是软件是软件，还是人是软件？  

 这里面对比了桩单元和实体桩的计算结果，还是不错了。  

对于每种桩型，可以提取桩头处的法向力N，并与预期承载力进行比较，如表10所示。

结果显示，计算出的数值略高于体积桩建模的15%。这一差异通过建模方法解释：嵌入梁元件时，尖端阻力根据预定义的用户输入完全动员，通常采用保守假设设定。相比之下，对于体积桩，桩尖的阻力是通过桩下方土壤响应和界面行为自然产生的，隐含地允许较大的阻力被动员——从而减少轴的阻力动员。

 内容如下：  

目录

引言 1

模型构造3

主要计算结果 18

使用嵌入梁的替代桩建模 25

1.

介绍

法兰克福的梅斯塔是一座高层塔楼，建基于有偿桩基。这种基础类型特别适合建在软质或可压缩土壤上的高层建筑，因为它结合了筏桩基础和桩基的优点，同时减少了总沉降和差异沉降。这里的补偿概念指的是将施加的建筑荷载与挖掘土重平衡，从而减少对底土施加的净应力增加。

图1：展览塔塔视图及桩基排列（Kumar等，2016）

对此类基础的分析需要先进的数值建模技术，能够捕捉复杂的土壤与结构相互作用、施工顺序、地下水流动状态以及分阶段开挖和排水的影响。在此背景下，PLAXIS 3D为模拟补偿桩筏系统的完整三维几何和施工过程提供了全面的环境。

本例展示了使用 PLAXIS 3D 为 MesseTurm 基金会设计的三维有限元建模工作流程。分析考虑了挖掘坑和筏的详细几何形状、挖掘过程及锚点预应力、脱水顺序以及桩系统，这些系统以体积元素或嵌入梁特征表示。特别关注比较两种桩建模方法，从位移和载荷转移行为方面，在可服役性和极限状态载荷条件下进行比较。

其目标是展示PLAXIS 3D如何真实地模拟施工过程，评估基础系统的性能，并提供关于动员桩基阻力、筏沉降和结构内应力重新分布的设计见解。

关键词：PLAXIS 3D、体积桩、嵌入式梁、桩筏基础、桩与土相互作用、排水、深掘、锚件预应力。

2.

模型构建

项目属性首先设置如下图所示 2. 模型宽150米（x最小=0米至x最大=150米），宽150米（y最小=0米至y最大=150米），远大于筏尺寸，以防止模型边界效应。由于对称性条件，模型的四分之一将被考虑。

土壤几何与材料性质

在（0， 0）处定义一个钻孔，由三层土壤层组成，范围为：

从0米到-8米，

从-8米下降到-98米，

从-98米下降到-120米。

相应的材料性质总结为 表1。 水位设定为水头 = -5 米（见图3）。

图2：项目属性定义。

图3：钻孔定义

表1：土壤材料集 合参数

·     

挖掘坑几何形状

进入结构模式，分别定义两条线，介于（29.4， 0， -25）到（29.4， 29.4， -25）

以及从（29.4， 29.4， -25）到（0， 29.4， -25）。向上推出向量（0， 0， 25）。

在X=29.4米和Y=29.4米（代表隔膜壁）的两个先前垂直面上定义板材，并赋予表2中给出的材料属性以及正负界面。你可以删除已经挤出的两条初始线。

定义一个多边形，范围为 （0， 0， -10.5）、（29.4， 0， -10.5）、（29.4， 29.4， -10.5） 和 （0， 29.4， -10.5）

对应第三层发掘。利用创建数组功能，将先前创建的水平多边形复 制到以下相应高度：-8米（筏顶），-7米

（第二挖掘层）和-2米（第一挖掘层）。在此上下文中，使用1D，z方向为Shape，列数设为2，列间距分别设为1米、2.5米和5米。

表2：板材参数总结。

从（29.4， 1， -2）到（41.5， 1， -9）创建一个节点到节点的锚点，以及从（41.5， 1， -9）到（52.8， 1， -15.5）的电缆，分别表示顶部锚点行第一个灌浆锚点的自由长度和灌浆体。分别指定表3和表4中提供的材料属性。

注：灌浆体的表皮阻力值基于粘土中qs值100 kPa设定，经过qs积分后，钻孔直径0.22米，凝聚强度为70 kN/m。

表3：锚点参数摘要。

表4：电缆属性摘要。

通过创建节点到节点的锚点（从（29.4， 1， -7）到（38.5， 1， -12.25）和从（38.5， 1， -12.25）到（49.75， 1， -18.75）到（49.75， 1， -18.75）的电缆，分别表示中间锚列的第一个灌浆锚点，分别表示其自由长度和填缝体。分别指定表3和表4中提供的材料属性。

最后，通过创建节点间锚点（29.4， 1， -10.5）到（38.5， 1， -15.75）和（38.5， 1， -15.75）到（49.75， 1， -22.25）的电缆，分别表示其自由长度和灌浆体，定义最低锚点行的第一个灌浆锚点。分别指定表3和表4中提供的材料属性。

用一维方向（Y-Form）创建第一批灌浆锚点，从之前创建的六个对象（三个节点对节点锚点和三根缆绳）中生成，柱数设为14，柱间距离设为2米。

重复相同的作序列，在第二隔膜墙上创建另一组灌浆锚点：

从（1， 29.4， -2）到（1， 41.5， -9）创建一个节点到节点的锚点，以及从（1， 41.5， -9）到（1， 52.8， -15.5）的电缆，分别代表顶端锚点行第一个灌浆锚点的自由长度和灌浆体。分配表3和表4中提供的材料属性。

从（1， 29.4， -7）到（1， 38.5， -12.25）创建一个节点到节点的锚点，以及从（1， 38.5， - 12.25）到（1， 49.75， -18.75）之间的电缆，分别表示中间锚列第一个灌浆锚点的自由长度和填缝体。分配表3和表4中提供的材料属性，

创建一个节点到节点的锚点，从（1， 29.4， -10.5）到（1， 38.5， -15.75）和一条电缆，从（1， 38.5， -15.75）到（1， 49.75， -22.25）分别表示最低锚点行第一个灌浆锚点的自由长度和灌浆体。分配表3和表4中提供的材料属性，

用一维图形，将之前创建的六个对象（节点对节点锚点和电缆三层灌浆锚点）创建一个数组，排列为X方向，列数设为14，列间距设为2米。

挖掘坑的几何形状如图4所示。

图4：挖掘坑几何定义

桩筏几何形状

筏底曲面可以通过定义以下多边形引入模型：

(0, 0, -14.2), (15.8, 0, -14.2), (15.8, 15.8, -14.2), (0, 15.8, -14.2)

(29.4, 0, -11.2), (29.4, 29.4, -11.2), (15.8, 15.8, -14.2), (15.8, 0, -14.2)

(0, 15.8, -14.2), (15.8, 15.8, -14.2), (29.4, 29.4, -11.2), (0, 29.4, -11.2)

必须在筏子与下方法兰克福粘土层之间定义界面元素（负界面元素）。

然后，在（5， 11， -49）处创建一个多曲线，对应第一堆的底部位置。

在通用标签表中：

将偏移量起点的轴2设为-0.65米。

在“分段”标签表中：

创建一个半径为0.65米的圆，如图5所示。

图5：全桩截面几何定义

选择之前创建的多边形曲线，并从右键上下文菜单中创建曲面。再次选择多曲线，向上拉伸41.0米（达到筏顶高度）。用之前创建的多条曲线创建一个曲面（同样是从鼠标键上下文菜单中）。沿已建立的侧面建立一个外部界面（正界面），在底部表面下方建立一个界面（负界面）。

为了方便评估桩内结构力，沿桩的中性轴制作一个假梁，而该梁的轮廓已先形成。假梁必须定义刚度值，且应非常小于桩的有效刚度（通常低1000倍）。在后处理结果时，可以通过将相同的1000因子乘以来评估桩体结构力。

从（5， 11， -8）到（5， 11， -49）创建一个光束，并赋予光束属性“假光束（全束）”

如表所示 5.

选择最后两个创建的曲面，代表桩的轮廓和梁，然后用1D的数组命令创建两个副本，将列数设为2，列间距设为（4.25， -1.75， 0）和（6， -6， 0），最终完成模型中最长的三个桩的创建。

选择原始多边曲线和底部曲面（5， 11， -49），并用数组命令使用1D，按自定义方向创建副本，将列数设为2，列间距设为（20， -1.75， 10），生成第二堆第一堆（最外侧最短的堆）的底部曲面（及相关轮廓）。

表5：“假”梁性质总结。

选择最后创建的多条曲线，向上拉伸31.0米。沿先前创建的侧面建立外界面（正界面），在底面下方建立界面（负界面）。从（25， 9.25， -8）到（25， 9.25， -39）创建一个梁，并按照表5给出假梁（全束）的束性质。选择最后两个创建的曲面，代表第一个最短桩的轮廓，连同梁，使用数组命令使用1D创建五个副本，方向自定义，列数设为2，列间距分别设为：

(-2, 4.25, 0),

(-2, 10.25, 0),

(-5.5, 13.75, 0),

（-11.5， 13.75， 0） 和

(-15.75, 15.75, 0).

最终确定模型中六根最短的桩。

选择原始多曲线和底部曲面（5， 11， -49），并用 Array 命令使用1D创建副本，将列数设为2，列间距设为 （13， -4， 4.5），创建第三堆第一堆的底部曲面（及相关轮廓）。

选择最后创建的多曲线，向上拉伸36.5米。沿先前创建的侧面建立外界面（正界面），在底面下方建立界面（负界面）。从（18， 7， -8）到（18， 7， -44.5）创建一束，并赋予束性质为假光束（全束），如表5所示。选择最后两个创建的曲面，代表最后创建的堆叠轮廓，连同梁，使用1D的数组命令创建四个副本，方向为2列数，列间距设为

(0, 6.5, 0),

(0, 11, 0),

（-4.5， 11， 0） 和

(-11, 11, 0)

模型中最后五个堆的最终制作。

由于对称性条件，我们只建模模型的四分之一，因此应在X =0和Y=0的对称平面上创建半桩（每个平面上有两个半桩）。这里将重复之前使用的相同流程。

在（0， 11， -49）处创建一个多曲线，对应第一半堆的底部位置。

在通用标签表中：

将偏移量起点的轴2设为-0.65米。

在“分段”标签表中：

创建一个分段，并且

将 Segment 类型设置为 Arc

将相对起始角度设置为1到0o

将半径设为0.65米

将段角设置为180，如图所示 6.

图6：半桩横截面几何定义（X=0平面上）

将先前生成的多曲线向上拉伸41米（挤出矢量=（0， 0， 41）），并创建与已生成表面的外部界面（正界面）。选择多边曲线，分别从右键上下文敏感菜单中关闭多条曲线，并创建一个表面，同时添加负面接口。最后，从（0， 11， -8）到（0， 11， -49）创建一束，并赋予表5中给出的虚拟束（半束）性质。

将之前创建的表面向下复 制27米（通过创建一个数组，Shape = “1D，z方向”，列数=2，列间距Z=-27m）。新创建的表面将代表堆的底部表面。

在（0， 25， -39）处创建一个多曲线，对应第二半堆的底部位置。

在通用标签表中：

将偏移量起点的轴2设为-0.65米。

在“分段”标签表中：

创建一个分段，并且

将 Segment 类型设置为 Arc

将相对起始角度设置为1到0o

将半径设为0.65米

将段角设置为180，如图所示 6.

将先前生成的多曲线向上拉伸31米（挤出矢量=（0， 0， 31）），并创建与已创建表面的外部界面（正界面）。选择多边曲线，分别从右键上下文敏感菜单中关闭多条曲线，并创建一个表面，同时添加负面接口。最后，创建一条从 （0， 25， -8） 到（0， 25， -39）的光束，并按照表 5 赋予光束属性 Dummy beam （Half）。

在（11， 0， -49）处创建一个多曲线，对应第三个半堆的底部位置。

在通用标签表中：

将起始点偏移轴1设置为0.65米。

在“分段”标签表中：

创建一个分段，并且

将 Segment 类型设置为 Arc

将相对起始角1设为90o

将半径设为0.65米

将段角设置为180，如图所示 7.

图7：半桩截面几何定义（Y=0平面上）

将先前生成的多曲线向上拉伸41米（挤出矢量=（0， 0， 41）），并创建与已生成表面的外部界面（正界面）。选择多边曲线，分别从右键上下文敏感菜单中关闭多条曲线，并创建一个表面，同时添加负面接口。最后，从（11， 0， -8）到（11， 0， -49）创建一条光束，并按照表5给出光束属性“假光束（半分）”。

在（25， 0， -39）处创建一个多曲线，对应第四个半堆的底部位置。

在通用标签表中：

将起始点偏移轴1设置为0.65米。

在“分段”标签表中：

创建一个分段，并且

将 Segment 类型设置为 Arc

将相对起始角1设为90o

将半径设为0.65米

将段角设置为180，如图所示 7.

将先前生成的多曲线向上拉伸31米（挤出矢量=（0， 0， 31）），并创建与已创建表面的外部界面（正界面）。选择多边曲线，分别从右键上下文敏感菜单中关闭多条曲线，并创建一个表面，同时添加负面接口。最后，从（25， 0， -8）到（25， 0， -39）创建一条梁，并按照表5给出束性质“假梁（Half）”。

地下水流动边界条件

只需选择代表混凝土筏底部的三个底部表面，并创建地表地下水流动条件（见图8）。

图8：地下水流量边界条件的定义

.进一步划分

通过创建网格细化框底部的表面，创建一个多边形：（0， 0， -49）， （29.4， 29.4， -49） 和 （0， 29.4， -49）。将其分解为轮廓，并在 X = 处将外线挤出

29.4米，Y = 29.4米×24米，向上延伸至隔膜壁最低层（挤出矢量=（0， 0， 24））。

最后，在 z = -49 m 处创建两个最低多边形的副本，分别位于 z = -33 m 和 -44.5 m（再次使用带 1D 的 Array 命令，Z 方向形状，列数设为 2，列间距分别设为 10 m 和 4.5 米）。

额外加料装载

在 和 之间创建一个曲面 （0， 30， 0）， （0， 40， 0）， （40， 40， 0）， （30， 0， 0） 和 （30， 30， 30， 0）。 在上面创建一个表面载荷功能，并将垂直载荷压力设置为σz到-10 kPa。

建筑载荷

在 和 之间创建一个曲面 （19.5， 19.5， 19.5， -8）， （21.5， 8， -8）， （21.5， 8， -8）， （21.5， 21.5， -8），

（8， 21.5， -8）和（8， 19.5， -8）。在上面创建一个表面载荷功能，并将垂直载荷压力设为σz

降至-9400千帕。

网格生成

切换到网格模式，将内土簇的粗度因子设为0.2（见图9a）。还将振膜壁面的粗度因子设为0.1。然后，使用介质元素分布生成网格。生成的网格如图9b所示。

施工阶段定义

进入分级施工模式，我们将定义不同施工阶段，包括挖掘坑的建设、挖掘与排水、桩筏建设以及无排水载荷和巩固。

初始条件

在初始阶段，将使用K0程序，这是PLAXIS的默认阶段类型，因此该阶段无需具体作。

第一阶段：隔膜墙安装及附加荷载

创建一个名为“隔膜墙安装”的新阶段，简单激活两侧的板材元件及相关界面。如表6所示，创建法兰克福粘土界面的材料集，并将其连接到板材与法兰克福粘土层之间的正负界面。

直接指定界面材料“自定义”属性的动机

依赖默认的邻近材质模式行为有两个方面：

它能够直接控制可动员的未排水剪切强度，特别是沿桩方向，使岩土工程师能够精确控制轴摩擦力，从而最终可沿桩轴移动。

该方法还避免了界面未排水剪切强度对界面有效应力路径的依赖，因为动员剪应力与过剩孔隙压力直接相关。在PLAXIS无排水A/B分析中，孔隙压力是从相邻土壤元素的值插值的，这种插值可能引入显著的局部误差。这些误差可能导致数值模拟时收敛速度变慢。通过绕过这种插值，所提方法旨在提升收敛效率。

第二阶段：发掘——第一阶段

创建一个名为“挖掘——第一层”的新阶段，并在

挖掘坑区以及失活土壤群与隔膜壁之间的界面。

.第三阶段：固定点——第一关

创建一个名为“锚点——第一层”的新阶段，并激活顶排灌浆锚点（节点间锚点和代表灌浆体的电缆）。对所有先前激活的节点对节点锚点施加300 kN的预应力。

局部粗度因子

网格表示图9：网格生成

表6：法兰克福粘土界面

.第四阶段：发掘——第二层

创建一个名为“挖掘-第二层”的新阶段，并在挖掘坑区内将土壤群落拆解至z = - 7米，同时在已激活的土团与隔膜壁之间进行界面。设置为干燥之前停用的土壤簇的水质状态。将水条件设置为剩余的砂砾土壤簇（从 z = -7 m 降至 z = -8 m）为 Head，z 参考值 = -7 m。

.第五阶段：锚点 – 第二层

创建一个名为“锚点——第二层”的新阶段，并激活中间一排灌浆锚点（节点间锚点和代表灌浆体的电缆）。对所有先前激活的节点对节点锚点施加600千牛的预应力。

.第六阶段：发掘——第三层

创建一个名为“挖掘-第三层”的新阶段，并在挖掘坑区内将土壤簇拆除至z = - 10.5米，同时关闭已失活的土壤簇与隔膜墙之间的界面。设置为干燥先前停用的土壤簇的水质状态。

.第七阶段：主力 – 第三关

创建一个名为“锚点——第三层”的新阶段，并激活最低一排灌浆锚点（节点间锚点和代表灌浆体的电缆）。对所有先前激活的节点对节点锚点施加600千牛的预应力。

第八阶段：挖掘 - 最终层 + 排水

创建一个名为“挖掘 - 最终层+排水”的新阶段。在“相位”对话框中，将孔隙压力计算类型设置为“稳态地下水流动”。在模型探索器中，→地下水流动的模型条件下，将BoundaryXmin和BoundaryYmin都设为闭合，因为X = 0和Y = 0的平面都对应对应对称平面。

在模型浏览器中激活并选择地表地下水流量BC。 在选择浏览器中，将它们的行为设置为头部（见图10），并表示：

分布：垂直增量

H参考：-14.2 米

HInc，Z：1 米

Z参考：-14.2 米

图10：脱水阶段地表地下水流量BC的定义

还要选择挖掘坑中桩筏底部表面以上的所有土壤簇，并从选择浏览器中将水条件设置为干燥。

表7：混凝土材料性质

第九阶段：桩筏建造

创建一个名为“桩筏建设”的新阶段。在“相”对话框中，将孔隙压力计算类型设置为“使用前一相的压力”。另外，位移重置为零

创建一个新的混凝土材料数据集，如表7所示。选择所有对应桩体体积的土壤簇（最高到 z= -8 m），并选取筏子的土壤，并将其材料属性分配给混凝土。

激活体积堆周围的所有横向和底部界面，以及筏子下方的界面，并赋予它们法兰克福粘土界面材料属性。另外，所有光束都激活，从模型浏览器中激活所有光束。

最后，我们假设筏子可以自由“滑动”在混凝土隔膜墙上。这将通过重新激活中间的接口元素，并赋予它们表7中给出的滑动界面材质属性来实现。

注：滑动界面材料集的定义是为了防止剪切阻力的动员，通过赋予非常小的内聚力值和零摩擦角。由于PLAXIS不允许同时输入c = 0 kPa和φ = 0，内聚值被设定为c = 0.1 kPa的最小值。此外，界面采用了相对较低的剪切刚度（ks）。这一选择显著提高了收敛率：更高的刚度值会导致更大的弹性试应力和更高的塑性势函数值，需要更多迭代以实现收敛。通过减少ks，弹性试度剪应力最小化，减少返回映射算法满足塑性势函数所需的迭代次数（c=0.1 kPa，φ=0），从而加速收敛过程。

同样必须停用张力截断准则，以避免形成张力截断点，因为这会显著且关键地影响收敛率。因此，界面在水平方向（以及垂直方向滑动）上保持刚性连接。

第十阶段：回归初始 WL

创建一个名为“回归初始WL”的新阶段。在“相位”对话框中，将孔隙压力计算类型设置为“水湿”。

第十一阶段：SLS的死重装载

创建一个名为“死重载重 SLS”的新阶段，并激活作用于筏子的表面载荷。

第12阶段：死重装载ULS

创建一个名为“死重载荷ULS”的新阶段，并改变之前激活的表面

作用于筏子的载荷范围为-9400 kPa至-12200 kPa（=-9400×1.3）

在开始计算流程前，点击“选择曲线点”按钮。模型和选择点窗口会显示在输出程序中。定义（0， 0， -8）为兴趣点坐标，并选择对应的节点。点击“更新”关闭输出程序

点击计算开始计算。

3.

主要计算结果

计算完成后，将PLAXIS 3D模型保存为补偿桩筏基础.p3d，然后通过查看相位死重载荷（SLS）[Phase_11]的结果打开输出程序。

变形网格和垂直位移场——SLS设计检查

首先可以如图11所示评估变形网格。

图11：SLS条件下死重下的变形网格

垂直位移场

同样，也可以计算垂直位移（总位移→ uz），如图12所示。

图12：SLS条件下死重下的垂直位移等高线图

筏下最大变形约为5.4厘米，这在此类结构的可接受范围内。

还可以检查筏子的沉降差异。为此：

首先隐藏所有结构元素（点击模型树中梁、电缆、节点间锚点、接口、板块中的眼睛符号）

通过切换可视化工具，隐藏堆积筏周围的所有土壤簇。

你也可以隐藏对应于溢荷的含水层和表层载荷。这将重现图13所示的视图。

差异沉降可以通过计算最大和最小垂直位移的差值除以它们各自位置之间的距离来近似估算：

δ = （0.0545 − 0.0400）⁄（√202 + 202） ≈ 0.51 ‰

这也远低于此类结构的常见阈值。

图13：SLS条件下堆筏的土壤垂直位移

评估桩基电阻——ULS设计检查

在ULS下评估桩基阻力时，首先必须评估桩体承载能力：

R = Rb + Rs

其中R、b和Rs是必须定义的桩基和桩轴电阻。这可以通过以下方程直接实现：

Rb = Ab。Qb

N层

Rs = ∑ As，i。问s，i

i=1

其中qb代表特征单位基底电阻，qs、i代表i层特征单位轴阻。桩基压在内聚层上的顶尖电阻通常取为：

qb = Nccu

其中 Nc 是可假设为 9.0 的承载力因子（Skempton，1959），是桩头处的无排水内聚力。

 建模桩的顶端分布在法兰克福粘土层的不同层级，可对其  cu剖面进行评估（见表6）：

Cu（z） = cu，ref + cu，inc （z − zref） = 100 + 3 × （z − 8）

最终，对于49米、44.5米和39米深度的每个桩尖，分别为223 kPa、209.5 kPa和193 kPa的cu值。这将使最长桩、中长桩和最短桩的桩尖阻力qb分别为2007 kPa、1886 kPa和1737 kPa。

最终，通过对相应桩尖面积积分，得到以下桩尖电阻值：

Rb = π × 0.652 × 2007 » 2660 kN 用于最长桩

Rb = π × 0.652 × 1886 年  中长桩 2500 kN

Rb = π × 0.652 × 1737 » 2300 kN，适用于最短桩

单位轴阻通过沿桩轴界面积分指定的qs计算：

qs（z） =R 中。cu（z）

这导致qs随桩长线性变化。在qs对桩周长和长度积分后，得到以下轴阻：

Rs = π × 1.3 × （49 − 14.2） × 0.8 × （100 + 3 × （14.2 − 8） + 223） » 20100 kN，适用于最长桩

Rs = π × 1.3 ×（44.5 − 13.7） × 0.8 × （100 + 3 × （13.7 − 8） + 209.5） 中段 16900 kN

长度桩

Rs = π × 1.3 ×（39 − 12.4） × 0.8 × （100 + 3 × （12.4 − 8） + 193） » 13300 kN，适用于最短桩

这最终将得到以下预期桩容量：

R = Rb + Rs = 2660 kN + 20100 kN » 22800 kN，最长桩值为

R = Rb + Rs = 2500 kN + 16900 kN » 19400 kN，适用于中长桩

R = Rb + Rs = 2300 kN + 13300 kN » 15600 kN，最短桩值为

现在可以通过“选择结构”功能，同时按住Shift键单独选择每根梁，选择位于堆内的段子，不包括它们延伸到筏子中的部分。然后切换到结构模式，使假光束可见。此外，选择最终计算阶段“死重载荷ULS [Phase_12]，并通过力→N显示法向力N，如图14所示

使用提示窗口工具，可以评估每根桩的轴向力。对于每种桩型，可以提取桩头的法向力NNN并与预期承载力进行比较。需要注意的是，获得的力值必须乘以1000，因为假梁被赋予了刚度降低1000倍，以避免给桩系统引入显著的额外刚度，而桩系统已通过体积元素表示。

表8：ULS下桩（体积元件）最大轴向力

图14：ULS条件下桩内的法向力

SLS筏下应力分布

筏下的应力分布可以通过以下方式来评估：

选择筏子下方的界面，并在结构模式中进行可视化

显示正向总应力（界面应力→总σN）的结果分布如图15所示。

同样，法向位移也可以通过显示垂直变形来计算→

界面应力→ uz，如图16所示。

得益于这些值，例如可以通过ParaView导出功能计算并显示对应的筏子kz下等效刚度。PLAXIS 支持以 VTK 格式（可视化工具包）导出结果，该格式兼容 ParaView。这使用户能够执行高质量的3D后期处理，包括高级渲染、自定义动画、切片、体积绘制等，此外还具备高质量的可视化功能。

ParaView 也是一个强大的工具，可以基于主要输出生成用户自定义结果。这使得它在超出PLAXIS Output标准功能的高级后处理任务中尤为有用。更具体地说，在评估等效垂直刚度时，ParaView 允许用户通过合并导出的主刚度结果直接计算。

在PLAXIS 3D输出中，从文件菜单选择导出至ParaView（技术预览）。“导出到ParaView”对话框会弹出，如错误！找不到参考来源......请注意，创建临时数据库可能需要几分钟时间来将数据整理成正确的格式。

在节点结果类别中，同时选择位移和接口总法向应力，点击导出。 选择一个文件夹，用于创建ParaView文件。

图15：SLS条件下筏底界面的法向应力

图16：SLS条件下筏下界面的正常位移

本练习中未详细解释 ParaView 中 ks 值的计算与显示，因为这需要对 ParaView 后处理工作流程有基本理解。虽然过程不复杂，但确实需要一些初步指导。该方法首先使用PLAXIS开发的特定ParaView宏提取相关网格实体。用户应识别并选择构成筏子底层接口的三个接口网格实体，如有需要，这些实体也可以分组。然后，利用ParaView的计算器函数计算ks比值，随后可视化，如图17所示。

图17：利用ParaView计算筏下分布刚度kz（SLS条件）

4.

使用嵌入梁的替代桩建模

本节讨论了同一桩筏模型的建造，但使用嵌入的梁构件而非体积桩。例如，将之前运行的项目保存为 CompensatedPileRaft.p3dx（以保留体积堆方法的副本），然后再次保存为 CompensatedPileRaftEB.p3dx。这是第二个项目中将带来并保存的修改内容，用于创建替代的PLAXIS 3D模型。

事实上，模型可以通过删除体积桩的轮廓（底部和侧面）并将梁单元转换为嵌入梁单元来构建。

结构模式

进入结构模式，选择体积堆的所有侧面和底部表面，包括位于对称平面上的半表面。直接删除它们。

选择所有“虚拟”梁线，移除梁特征（但支撑梁的线不应被删除）。选择虚拟行后，可以通过选择浏览器轻松完成。只需右键点击光束功能，选择删除（见图18）。

图18：从选择浏览器中删除梁特征

表9：桩内嵌梁性质总结

在同一行选择中，也可以在右键上下文菜单中选择创建→创建嵌入梁，创建嵌入梁的功能，如图所示。

此时还要删除所有之前定义在体积堆底部的多曲线（这些多曲线可能已经从体积堆模型中删除）。

按照表9总结的嵌入梁材料集，根据每个嵌入梁的适当长度及其是否位于对称平面上进行分配。

轴和脚部的阻力值遵循前章中在T皮（z） = πDqs（z） = R之间的桩值评估时提到的考虑。πD。cu（z），其中 R 中 = 0。8。

图19：从选择浏览器创建嵌入梁特征

网格模式

切换到网格模式，检查隔膜墙面的粗度因子是否仍设置为

选择网格细化区内所有内土簇，并将其粗度设为0.2（见图20a）。然后，使用介质元素分布生成网格。生成的网格如图20b所示。

分阶段建设

PLAXIS的自动相位再生应提供正确的相位定义，唯独第9阶段——桩筏建造后嵌入束束激活除外。进入第9阶段，选择堆叠并从选择资源管理器激活。保持选择状态后，进入第10阶段，使用RMB上下文敏感菜单中的“重新生成”功能（见图21）。

在运行计算前，可以在筏顶（0， 0， -8）选择曲线点（见）。点击计算开始计算。

结果比较：垂直位移场

与体积堆一样，也可以计算垂直位移（总位移→ uz），如图22所示。

筏下最大变形约为5.2厘米，非常接近体积桩的5.4厘米（即3.7%的差异）

局部粗度因子

网格呈现

图20：嵌入波束模型的网格生成

图21：从选择探测器中再生的束元素

图22：在SLS条件下使用EB在死重条件下绘制的垂直位移等高线图

结果比较：桩轴力

现在可以选择嵌入的梁（仅选择堆内部分，筏内部分不在筏子中延伸部分，使用选择结构功能并按住Shift键单独选择嵌入梁），并打开结构模式，使其可见。另选

最后一个计算阶段是死重载荷ULS [Phase_12]，并显示法向力N（力→N），如图23所示。

图23：ULS条件下嵌入梁的法向力

使用提示窗口工具，可以评估每桩的轴向力。对于每种桩型，可以提取桩头处的法向力N，并与预期承载力进行比较，如表10所示。结果显示，计算出的数值略高于体积桩建模的15%。这一差异通过建模方法解释：嵌入梁元件时，尖端阻力根据预定义的用户输入完全动员，通常采用保守假设设定。相比之下，对于体积桩，桩尖的阻力是通过桩下方土壤响应和界面行为自然产生的，隐含地允许较大的阻力被动员——从而减少轴的阻力动员。

表10：ULS下桩（嵌入梁）最大轴向力