某特深基坑考虑支护结构与土体共同作用的三维有限元分析 岩土工程学报,Chinese Journal of Geotechnical Engineering,25(4), 2003,488~491 陆新征   宋二祥                                             吉林  眭峰 （清华大学土木工程系，北京，100084）      （润扬长江大桥指挥部，镇江，212002） 下载全文/Download PDF version 本文被26篇文献引用 摘要：某特深基坑设计尺寸达到69×50×50m，且施工场地地质条件较差，基坑变形控制严格，用普通近似方法分析和设计有较大的难度。为了准确了解基坑支护结构的内力和变形情况，确保工程安全，本文对该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。同时，不同开挖方案及降水方案对变形和内力也有着重要影响，各方案之间最终差别甚至可以达到1倍以上。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。 关键词：共同作用，基坑工程，三维有限元分析 　 3-Dimension FEA for the Interaction between Excavation Support Structure and Soil in a Very Deep Pit LU Xinzheng1   SONG Erxiang1   JI Lin2   SUI Feng2 1 Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 2 Headquarters of the Runyang Yangtze Road Bridge, Zhenjiang, 212002 Abstract: The size of a very deep pit is about 69×50×50m and it is difficult to analyze with traditional approximate method. In order to know the details of the deformation and internal force of the excavation support structure, spatial non-linear finite element analysis is carried out in which the excavation process is considered. The interaction between the excavation support and the soil, the difference between various excavation plans, the influence of ground water lowering and sensitive analysis of critical parameters are discussed in detail. The numerical results show that the deformation of the continuous concrete wall with interaction effect will be 10 times of that without interaction effect, while the difference of support axial force will be 1.5 times in the two cases. At the same time, the excavation plan and ground water lowering are also important for the deformation and internal force in the support. The analysis results show that the interaction between soil and structure and simulation of excavation process are necessary in such complex problems. Keywords: interaction, deep pit, spatial finite element analysis

1 引言

2 工程简介和计算模型

2.1 工程概况

1、土的力学参数

 土层编号 土体自重 （Kg/m3） 弹性模量 （KPa） 泊松比 C （KPa） 深度 (m) 1 1810 3000 0.35 13 5 +2~-12 2 1790 8000 0.3 10 9 -12~-16 3 1900 15000 0.3 5 27 -16~-35 4 1900 30000 0.25 2 30 -35~-48 5 2200 2×106 0.25

2.2 计算模型

1、 建立整个场地土体及支护结构模型；

2、 “杀死”所有支护结构单元，并施加重力荷载，模拟土体在自重作用下自由沉降；

3、 “激活”地连墙单元，并在地连墙两侧施加水压力，模拟地连墙施工完成后的情况；

4、 逐层“杀死”各层的土体单元并“激活”相应的内支撑单元，模拟开挖和支撑施工，调整地连墙两侧的水压力，模拟降水过程。同时，通过调整“杀死”土体单元和“激活”支撑单元的顺序来模拟不同开挖和支撑方案的影响；

5、 重复步骤4直至开挖至坑底；

1、 完全开挖掉本层土后再施工支撑，基坑外围不降水（简称：先挖后撑）；

2、 先成槽，施工支撑，再开挖土体，基坑外围不降水（简称：先撑后挖）；

3、 先挖去中间土体，施工中间支撑，再开挖两侧土体，施工两侧支撑，在施工两侧支撑的同时开挖下一层的中间土体，基坑外围不降水（简称：边挖边撑）；

3 结算结果和参数讨论

3、地下连续墙变形随基坑开挖发展（边挖边撑）

2、不同施工方案对比

 工况代号 先挖后撑 先撑后挖 边挖边撑 降水 无过程 地连墙最大位移（cm） 16.1 6.87 9.71 4.71 0.72 支撑最大轴力（KN） 18572 21686 15962 13303 30596 地连墙最大弯矩（KNm） 13742 6300 9204 4152 882

3、参数变化影响

 变化参数 混凝土弹性模量增大20％ 所有土层弹性模量减小50％ 第一层土弹性模量减小50％ 第二层土弹性模量减小50％ 第三层土弹性模量减小50％ 第四层土弹性模量减小50％ 所有土层侧压系数减小45％ 最大变形相对变化量 -1.2% 52.3% 1.2% 0.0% 26.62% 102.2% -70.4%

4 结论

3、  孙钧，汪炳鑑，地下结构有限元法分析，同济大学出版社，1988

5、  王国强主编，实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践，西北工业大学出版社，2000

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