深基坑支护结构与土体共同作用的三维有限元分析

本文对深基坑进行了施工全过程的三维有限元弹塑性分析和模拟,并详细说明了其具体实现方法.有限元分析中分别考虑了支护结构和土体之间的相互作用问题,以及各种开挖方案、降水方案对基坑变形的影响,并对各种关键参数进行了参数敏感性分析和讨论.对比各种分析结果,考虑共同作用和不考虑共同作用基坑变形相差达到10倍,支护结构内力相差达到1 5倍.分析结果说明,对于这类复杂工程,进行考虑结构与土体共同作用的施工全过程三维有限元分析和模拟是完全必要和必须的.     

基于midas的地铁车站支护结构内力分析

以某地铁车站基坑为背景,对该基坑开挖过程中支护结构的内力以及周围土体进行了全面分析。基坑采用排桩加内撑支护结构进行支护,考虑了周围土体、围护结构的相互作用,借助有限元软件midas/GTS建立了地铁车站基坑三维有限元分析模型。通过有限元法分析,表明,施工开挖步骤对基坑支护结构的内力以及位移有显著影响,进而总结其变形规律,为地铁车站及类似深基坑设计和施工提供重要的依据。     

不同间距下相邻基坑相互影响数值分析

采用小应变硬化土(HSS)土体本构模型,建立同步开挖间距为1~8倍基坑开挖深度的相邻基坑有限元模型.考虑固渗耦合,分析不同基坑间距对坑间土堤沉降、支护桩弯矩和位移的影响.分析结果表明:相邻基坑间距小于等于4倍基坑开挖深度时,相互影响较强,需考虑相邻基坑施工引起的共同沉降,可采用有限土压力理论来对支护结构进行受力变形分析,减小桩径和配筋;间距大于4倍基坑开挖深度时,相互影响较弱,坑间土堤变形接近独立基坑,对支护结构的内力及变形影响也较小.     

考虑渗流应力耦合作用的深基坑开挖变形研究

基于土体渗流应力耦合效应及本构理论,针对某场地地下水埋深较浅、粉质黏土和粘土分布较厚的深基坑工程建立了相应开挖支护三维有限元模型.通过室内试验测定了基坑土体的修正剑桥本构关系参数并将修正剑桥本构关系应用于基坑开挖支护的数值模拟分析中.分别研究了基坑开挖过程中有无渗流-应力耦合效应的基坑整体变形、支护结构位移、坑外地表沉降及坑底回弹情况.研究结果表明:1含水粉质黏土和粘土采用修正剑桥本构关系较合适;2考虑渗流应力耦合作用时基坑支护结构水平位移、坑外地表沉降及坑底回弹量分别是未考虑渗流应力耦合作用时的0.57倍、0.07倍、0.59倍,基坑开挖变形应充分考虑渗流应力耦合作用;3坑底超前降水能显著减小坑底隆起.     

供热管道检查井开挖数值研究

采用ABAQUS有限元软件,建立了供热管道检查井三维模型。通过对拟做基坑开挖方案的数值模拟,得到了基坑开挖过程中侧壁和支护结构的变形和受力情况。研究结果表明:基坑第二和第三层开挖时,土层中间位置的土体变形较大;基坑开挖完成后第二层支护结构混凝土拉压应力均较大,建议适当提高支护结构强度,并加强施工过程中的基坑侧墙土体变形控制。     

地铁车站深基坑开挖对土体影响的数值模拟

为了研究地铁工程支护结构对周围土体变形影响的问题,应用有限元计算软件ADINA对地铁车站深基坑工程进行开挖支护模拟,建立明挖法深基坑开挖支护过程的三维模型,分析开挖过程中连续墙支护开挖和连续墙、锚杆联合支护开挖两种工况下,基坑周边地层的位移情况.研究结果表明:地铁车站深基坑的开挖与支护过程是一个基坑支护结构和基坑内土体、基坑周围土体共同作用的问题,支护结构和支护方法对基坑周围环境的影响明显,周围土体和基坑内土体对基坑性状的影响显著.     

基坑开挖对邻近盾构地铁隧道变形机制研究

基于Mindlin理论对基坑降水开挖诱发邻近地铁隧道的应力应变及沉降进行理论研究。在结合逆作基坑实际开挖工况条件下,采用MIDAS/GTS大型三维有限元软件分析了基坑考虑不同降水情况下邻近盾构地铁隧道变形情况,并对不同模拟方案结果进行对比。结果表明,地铁隧道结构模拟结果合理,考虑降水情况下坑外土体的附加变形要比基坑开挖卸荷作用引起的土体变形大得多,抵消了隧道上抬变形趋势,使隧道产生了偏向基坑方向的变形,变形量值也大得多。     

基于FLAC3D的基坑开挖与支护三维数值分析

采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D)建立了考虑基坑分步开挖与支护全过程的三维动态计算模型,土体采用修正剑桥模型模拟,考虑了支护结构与土体的接触滑移作用,分析了基坑施工中围护墙变形、地表沉降、坑底隆起、坑外深层土体变形的基本特性.计算得到的地表沉降曲线与已有文献的经验沉降曲线基本一致,验证了计算结果的适用性.分析结果可为类似基坑工程的设计和施工提供有益参考.     

相邻双基坑开挖相互影响二维性状分析

以某实际相邻双基坑工程为原型,利用PLAXIS建立相邻基坑开挖的二维模型,采用HS土体本构模型,分析相邻基坑同步开挖对土体位移、支护结构变形与内力的影响;考虑不同开挖工序和不同基坑间距,分析相邻基坑开挖的影响范围和基坑支护结构在不同开挖工序下的变形特征.对相邻基坑同步开挖下的支护结构位移进行了实测.结果表明,邻近基坑开挖卸荷对基坑间土体沉降、坑底隆起、坑外地表沉降、支护结构内力与变形等产生明显影响.相邻基坑间距、开挖顺序和支护方式是其主要影响因素.     

基于时空效应的基坑施工有限元研究

利用考虑时空效应的被动区土体等效弹性基床系数代替实测土体基床系数,并用土弹簧简化土体对支护结构的侧向压力,对基坑开挖进行全过程三维模拟.这种考虑软土自身抵抗变形能力的时空效应计算方法有着省时并易于收敛的优点,结果也与实测数据较为吻合.同时,分析了超挖对基坑施工的影响.     

砂土地区深基坑稳定性评价及力学效应分析

结合某地铁车站基坑开挖工程,基于基坑支护结构的现场实测数据,对排桩内支撑基坑支护体系桩顶水平位移,桩体侧向位移及基坑周边土体沉降量进行分析,得出基坑围护结构各项位移和周边土体沉降随时间及开挖深度的变化规律.建立研究区二维有限元模型,并将实测数据与模拟值进行对比,研究支护结构内力变化及桩后土体应力状态.研究结果表明:基坑长边桩顶水平位移约为短边桩顶水平位移的3倍,桩体最大侧向变形量位于1/2H(H为基坑开挖深度)处;基坑开挖及降水引起地面沉降范围约3H,基坑周边各监测断面最大沉降量出现在距基坑边22m处(约0.82H~0.96H),内支撑架设有助于增大基坑整体稳定性.     

软土地层中分隔型基坑变形特性及应力路径

以上海软土地区紧邻历史保护建筑的超大地下综合体施工为例,建立考虑土体小应变特性的三维有限元计算模型,研究分隔型基坑变形特性及土体应力路径;将数值模拟结果与现场实测数据进行比对以检验模型参数取值的合理性,并基于此模型进行多工况计算分析。结果表明：仅靠优化基坑开挖顺序对基坑变形控制作用有限且不全面,有必要考虑地下结构回筑引起的基坑支护刚度和边界条件变化;先开挖小基坑并完成其地下结构回筑后再施工较大基坑的施工方案效果最优,与较不利工况相比可减小紧邻敏感建筑物侧围护结构最大侧向变形30 %;不同开挖顺序、地下结构施工引起的边界条件变化,以及不同排水条件使得坑内外土体应力状态复杂多变,其中坑内土体在不同工况下呈现不同应力路径,坑外土体则呈现多次卸荷的应力路径;当应用伺服式预应力钢支撑时,坑外土体表现出先水平卸荷而后加荷的应力路径,围护结构变形控制在开挖深度的0.1 %内,可有效保护周边敏感建筑物的安全。     

双圆环形超深基坑支护结构的数值模拟与监测分析

结合某锚碇基础双圆环形超深基坑支护结构的工程实例,采用全三维有限元分析方法模拟整个基坑的施工开挖过程,考虑土和支护结构的相互作用,并结合现场的监测数据进行对比分析,得出了双圆环形超深基坑支护结构的变形特征和受力特性,以及周围土体的变形特征和塑性区分布.从结果看出双圆环形超深基坑具有明显的空间效应和拱效应特点,按照传统方法进行设计是偏于保守的;同时因双圆环形超深基坑支护结构本身变形较小,所以内衬由于地下连续墙位移而产生的内力并不占主导地位,而施工期间的温度变化等其他因素对其受力有很大影响,因而,内衬环向应力基本以受拉为主.     

无支撑基坑变形特性的三维有限元分析

建立三维有限元模型对采用格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙围护结构的船坞基坑进行分析,计算中假定土体为横观各向同性体,考虑土与结构的共同作用以及土体分区开挖.通过分析实测数据和计算结果,研究了无支撑船坞基坑开挖过程中格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙的变形特性.计算结果表明,船坞基坑围护结构的变形性状受其结构形式以及施工工况的影响,基坑内部桩基对船坞基坑围护结构变形影响较大,船坞基坑的开挖对临近基坑的影响很小.     

基坑开挖及降水井间距对其周围环境影响的模拟研究

在基坑开挖和降水过程中,由于侧壁土被挖除产生的卸载作用和土中含水量的下降,使土体的平衡条件产生变化,使土体产生固结、压缩,从而引起土体变形,为了分析二者共同产生的变化,运用MIDAS/GTS有限元软件,模拟在基坑开挖过程中和渗流作用下变形与受力原理,分析降水井布置及止水帷幕设置对基坑周围环境以及总涌水量的影响,得出在基坑开挖和降水过程中,在设置止水帷幕和降水井间距布置合理的的前提下能够达到降水要求,同时分析出在此过程中二者对基坑产生的变形大小。     

一种新的深基坑支护结构建筑施工设计

深大基坑开挖施工过程中,围护结构的内力与变形分布研究是保障基坑和支护结构稳定性的重要措施之一.以某城市房屋深基坑为工程依托,对其在开挖过程中的监测数据进行了分析,并采用ANSYS软件建立了基坑开挖过程的有限元模型,通过将模拟计算数据与监测数据进行对比分析,得到基坑支护结构位移和内力的变化规律.结果表明,监测结果与模拟结果基本一致,该基坑支护结构设计合理.     

深基坑支护结构的二维有限元分析

针对目前深基坑研究深度及广度仍停留在初步阶段,采用二维弹塑性有限元法,模拟基坑开挖中常用的挡墙式支护结构与土体的共同作用,针对各种不同参数的挡墙,计算挡墙、基坑周围地面及坑地的变形,分析变形与各参数的关系.得出土体与支护结构之间的相互作用及土体随开挖深度增加的变化.     

兰州地区地铁车站深基坑开挖对邻近地下管道的影响分析

以兰州地铁1号线某车站基坑为背景,对该基坑开挖过程中地下管道的位移进行全面分析.采用排桩加内撑支护结构对基坑进行支护,并考虑地下管道、周围土体、围护结构的相互作用,借助有限元软件ADINA建立地铁车站基坑三维有限元分析模型.通过有限元法分析,表明施工开挖步骤、管道埋深离基坑的距离对地下管道位移有显著影响,进而总结竖向位移下管道的变形规律,为深基坑设计和施工提供重要的依据.     

非对称超载条件下深基坑支护结构的变形分析

文章以苏州地铁1号线深基坑工程为研究背景,采用GTS软件对基坑支护体系进行了有限元分析;考虑支护结构与土体的共同作用,计算和分析了非对称超载条件下支护结构的内力和变形,并与对称超载条件下的计算结果进行对比,得到了非对称超载条件下支护结构内力和变形的分布规律。计算和分析结果表明:非对称超载状态下,基坑支护体系超载侧支撑轴力略大于对称超载条件下的支护结构,但超载侧的位移较大,基坑的稳定性处于最不利的状态。研究结果将有助于提高深基坑设计水平,为类似工程的设计、施工和研究提供必要的数据。     

深基坑中大型环梁支护体系的有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS对某医院肿瘤中心深基坑工程的环梁支护体系进行三维非线性有限元模拟,土体模型采用了弹塑性的D-P材料模型,同时考虑围护结构与土体的相互作用。分析时把土体、围护桩和水平环梁支撑系统看成一个空间三维整体,在分步开挖的工况下计算基坑及其支护结构的变形情况。通过与现场实测数据的对比分析表明,利用ANSY分析模型进行环梁支护体系模拟分析是可行的,值得在工程中推广。