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《兰州某地铁深基坑开挖数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、兰州某地铁深基坑开挖数值模拟案例说明目前基坑支护设计方法主要有等值梁法、弹性地基梁法(又称弹性抗力法)和有限单元法。在深基坑支护结构设计中应用较普遍的是等值梁法和弹性地基梁法，等值梁法是目前最常用的支护设计方法，由于它不能分析支护结构的变形，因而也无法预先估计开挖对周围管线、道路及建筑物等环境的影响，这种设计计算方法可适用于开挖深度较浅的基坑工程。弹性抗力法是对常规设计方法的改进，该方法在一定意义上考虑了支护结构与土的相互作用，但其计算结果的合理性取决于抗力系数的比例系数的选取。有限单元法是一种更严谨、更合理的设计方法，它可以较为真实地模拟深基坑的
2、开挖过程和支护状态，从计算原理上，常规方法和弹性抗力系数法中存在的问题在有限元法中都可不同程度地得到解决，但由于其涉及的参数很多，考虑的因素也太过复杂，所以在目前实际工程设计应用中，有限单元法还只是作为一种辅助手段，用以验证前述两种设计方法的计算结果。本文以兰州某地铁深基坑为工程案例，介绍如何采用GEO5岩土工程有限元分析模块对深基坑降水开挖过程进行数值模拟。工程概况本基坑工程开挖深度为15m，基坑宽20m，采用的支护方式为钻孔灌注桩加钢管内支撑，灌注桩混凝土型号为C30，桩身直径为800mm，桩间距为1.5m，嵌固深度为5.0m。内支撑共设有三道
3、，采用的钢管直径为609mm，厚度为16mm，内支撑水平间距为3m。场地地下水类型为潜水，水位埋深为5.0m，基坑采用坑外降水，并在整个开挖期间保证坑内地下水位稳定在设计开挖深度以下2.0m。场地地层从上往下依次为素填土、杂填土、砂质黏土、黏质砾石、砾石层。各土层的深度和物理力学参数请参照表1。表1岩土材料参数表重度弹性模量泊松饱和重度内摩擦黏聚力土层γE比γ角cef（kN/m3）（MPa）ν（kN/m3）φef（°）（kPa）素填土19.010.00.2520.03.022.0杂填土18.515.00.3519.05.08.0砂质黏土18.530
4、.00.3519.025.012.0黏质砾石19.5100.00.3020.030.08.0砾石20.0200.00.2020.035.00.0图1基坑计算模型计算流程本案例采用GEO5岩土工程有限元分析模块进行分析，共分为以下七个工况阶段：1)工况阶段[建模]：分析设置、添加岩土材料、建立几何模型、设置接触面类型及生成网格等。2)工况阶段[1]：计算初始地应力场。3)工况阶段[2]：基坑放坡开挖至-2.0m。4)工况阶段[3]：添加钻孔灌注桩及施工荷载、降低场地地下水位。5)工况阶段[4]：设置第一道内支撑并将基坑开挖至-7.0m。6)工况阶段[
5、5]：设置第二道内支撑并将基坑开挖至-11.0m。7)工况阶段[6]：设置第三道内支撑并开将基坑挖至深度-15.0m。工况阶段[建模]在【分析设置】中选择分析类型为“应力应变分析”，计算方法选择“自重应力法”。图2分析设置在【多段线】命令中添加地层线，首先点击按钮，在弹出的窗口中设置全局坐标，将项目范围x最小值和最大值分别设置为-50m和50m，将深度设置为20m。图3范围设置点击添加按钮，这里通过添加坐标点的方式来添加多段线，各地层线起点和终点坐标请参照表2。表2多段线坐标坐标点多段线1多段线2多段线3多段线4多段线5起点坐标(-50,0)(-5
6、0,-4)(-50,-5)(-50,-8)(-50,-14)终点坐标(50,0)(50,-4)(50,-5)(50,-8)(50,-14)图4添加坐标点定义好地层线后，接着通过【自由点】和【自由线】两个命令来定义开挖面及钻孔灌注桩位置。在【自由点】界面中点击按钮，在弹出的输入框中输入所有自由点的坐标。所有自由点的坐标请参照表3。表3自由点坐标点123456坐标(x,y)(13,-2)(-13,-2)(-15,0)(15,0)(10,-2)(-10,-2)点789101112坐标(x,y)(-10,-20)(10,-20)(-10,-11)(10,-
7、11)(10,-7)(-10,-7)添加完自由点后，进入【自由线】界面，点击添加，通过捕捉自由点来添加自由线。图5添加自由线在【岩土材料】界面中，根据表1《岩土材料参数表》添加土层材料，所有土层材料的模型均选择“修正Mohr-Coulomb弹塑性模型”。图6添加岩土材料所有的岩土材料都添加完成以后，在【指定材料】界面中将岩土材料指定给各自对应的土层。图7指定岩土材料接着在【接触面类型】中定义桩与周围土体之间的接触面类型（接触面主要用来定义不同材料之间的相互作用）。点击【添加】按钮，在弹出的窗口中设置接触面物理参数，这里材料模型选择“Mohr-Cou
8、lomb模型”，切向刚度和法向刚度均设置为10000kN/m3，输入模式选择为“输入折减参数”，折减参数为0.5，其它参数
