基于监测数据的基坑开挖有限元反演计算

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1、2015年9月第9期城市道桥与防洪科技研究205基于监测数据的基坑开挖有限元反演计算王利民，吴波，张俊(上海众材工程检测有限公司，上海市201209)摘要：随着经济和社会的发展，深基坑工程面临的周边环境越来越复杂，因此深基坑开挖对周边环境影响的分析越来越重要。结合上海软土地区某深基坑工程，采用有限元软件PLAXIS模拟基坑开挖对周边环境的影响分析，并通过现场监测结果对土层参数进行反演，利用反演结果建立的有限元模型对后续工况进行预测计算，将预测值与监测值对比分析，进一步检验数值模型的合理性，结果验证了反演所得数值模

2、型的合理与可靠，为上海等软土地区其他深基坑工程提供了有益的参考。关键词：深基坑工程；数值模拟；反演计算；现场监测中图分类号：TU473．2文献标志码：B文章编号：1o09—7716(2015)09—0205—05有限元软件PLAXIS模拟基坑开挖对周边环境的0引言影响，并通过现场监测结果反演土层参数，用于指随着国民经济的发展，基坑工程也在向深、导后续工况施工。大、难等方向发展。在发达城市，尤其北京、上海等1工程概况超大城市，深基坑工程的周边环境往往比较复杂，临近管线、地铁、民宅、变电站、道路等各类构筑物，某深基坑

3、工程位于上海软土地区。项目总用地这就对深基坑工程的施工提出了更高的要求【”。面积约2万m。现场为空地。周边环境相对简单。早在上世纪三四十年代，太沙基等学者就根据上部建筑物由高层写字楼及低层裙楼组成，其经验提出了开挖深度与周边地面沉降等的计算公下均有四层地下室，基础埋深约20m。基坑开挖深式[21。近三十年来，相关研究更是丰富：Boone[31基于度20m。采用地下连续墙围护，插入比1：1，竖向上部结构、土体、基础等特性提出了建筑物受损估采用四道钢筋混凝土支撑。算方法；范益群等【4J将隧道新奥法施工的时空效应由于该

4、工程上海典型软土深基坑，因此拟结合法引入进软土基坑工程；Finno等嘲有无支护体系两现场监测数据进行动态设计，为了将设计经验及种情况下的基坑开挖对建筑物的影响；Leung等同通现场监测数据更加深入的为后续工况施工及日后过离心机试验研究了黏性土地基中基坑围护结构类似工程提供参考，该工程尝试采用数值模拟方边线的时间效应；Vorster[、徐中华等[8]在大量基坑法对深基坑工程进行反演预测。工程数据汇总分析的基础上，分别给出了开挖深度2反演预测方法及模型建立与围护结构变形的经验关系；刘忠昌【9】运用FLAC软件模拟了深

5、基坑开挖过程中的地下管线变形；2．1反演预测方法应宏伟等【10j利用ABAQUS软件模拟了深基坑开挖具体反演方法及过程为：过程中隔断墙保护邻近建筑物的效果；郑刚【ll】采用(1)根据地质勘察资料和试验结果确定地基各PLAXIS软件研究了邻近建筑物受基坑开挖的影响土层初始的厚度、压缩模量等土层参数，地基的计情况。算深度取地质勘察深度。根据地质勘察资料提供综上，当前国内外学者就基坑开挖对周边环境的土层参数。的影响进行了大量研究，但是根据现场监测资料(2)根据地基各土层的厚度、压缩模量等参数对土层参数进行反演并用于后续

6、工况预测方面所建立有限元模型，计算深基坑周边重要部位的位进行的研究工作还较少。该文正是基于前人研究移值。基础上，以上海软土地区某深基坑工程为例，利用(3)根据有限元计算结果，结合现场监测资料，对各土层的压缩模量等主要参数进行反演。收稿日期：2015～07—05(4)根据各土层反演所得参数，重复第(2)步作者简介：王利民(1965一)，男，河南登封人，高级工程师，主要从事结构工程设计及建筑工程质量检测评估工作。和第(3)步，直到所得计算结果与现场典型监测结2015年9月第9期城市道桥与防洪科技研究207表2反演后的

7、土体参数表O一5—1O一15-．一监测值谴一20+计算值一25郦一30—35—40—45图4、图5的数值模拟计算值和监测值对比发现，围护结构侧向位移孔随基坑开挖深度的增加，图3工况3地下连续墙水平位移数值反演计算值与其深层侧向位移也不断增大，其最大变化点也随现场监测值对比图开挖深度的增加而下移。数值计算结果和监测结果基本一致，说明了利用反演所得参数建立的数值模型可以较好的模拟实际施工下坑周地表沉降情况。4数值模拟反演预测计算与实际对比一工况计算依据第3节反演计算所确定的数值模型，模拟工况4及工况5情况下的位移，所

8、得结果见图6一图7水平位移／mm一12．02O40600图4工况2下基坑周围竖向沉降数值反演计算值与现场监测值对比图—5一l0{一15工况5预测卅卜工况4预测莲一20嚣一25量十工况3计算—3O潋一工况3监测蜉一35叵—4O图6工况4及工况5地墙水平位移预测与基坑距离／m0．010．02O．030040．050．0图5工况3下基坑周围竖向沉降数值反演计算值与O．O现场监测