深基坑支护结构变形的三维有限元分析与模拟

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1、第35卷第4期上海交通大学学报Vo.l35No.42001年4月JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYApr.2001文章编号:1006-2467(2001)04-0610-04深基坑支护结构变形的三维有限元分析与模拟赵海燕,黄金枝(上海交通大学建筑工程与力学学院,上海200030)摘要:在工程实践中,对于深基坑开控过程的模拟计算多采用平面应变分析方法,但由于深基坑开挖实际上是三维过程,平面分析忽略了开挖墙角处的三维效应,因此,计算结果偏于保守.为此,研究了不同有限元网格划分下基坑变形的情

2、况,提出一种非线性的、三维有限元分析手段,用于深基坑开挖过程中预测围护墙变形和地表沉降值.为了更接近实际,采用了一种新的接触面单元,Desai单元,模拟土与结构的相互作用.三维分析结果表明,基坑内网格密度对于计算结果的精度有较大影响.关键词:深基坑;三维有限元;接触面单元中图分类号:TB121文献标识码:A3-DFiniteElementAnalysisandSmiulationofDeepExcavationsZHAOHai-yan,HUANGJin-zhi(SchoolofCivilEng.andMechanics,

3、ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)Abstract:Planestrainanalysismightgiveconservativeresults,becausethethree-dimensionaleffectsofexcavationcornersarenotconsidered.Infact,thedeepexcavationisathree-dimensionalprocedure.Thispaperstudiedthedifferentelementgrin

4、dpartitionseffectonthewalldeformationofthedeepexcavation.Anonlinear,three-dimensionalfiniteelementtechniquefordeepexcavationanalysiswasproposed,whichisusedforpredictionofgroundsurfacesettlementinthecentersectionofanexcavation.Theobjectiveofthispaperistoestablisha

5、three-dimensionalfiniteelementanalysisprocedure.Moreover,anewkindofCAMEO凯模CAE案例库contactelementcalled“desai”elementwasusedinthispaper.www.cameo.org.cnKeywords:deepexcavation;three-dimensional;finiteelementanalysis;contactelement对于深基坑开控过程中预测围护墙变形和地表四面体单元和六面体单元是两种常用

6、类型的三沉降值的模拟计算,Clough、Hansen和Denby等人维有限元,后者由前者组成,然而对于形状规则的边已用平面应变分析方法进行了计算.然而,因为未考界,六面体单元要比四面体或合并后的六面体都要虑开挖过程的三维效应,平面应变分析计算结果往好.位移变形函数的次数决定了六面体是一种高次往偏于保守.本文针对这一问题进行深基坑支护结数的单元,在模拟深基坑开挖中可以减少单元的数构的三维有限元分析与模拟.量,但划分网格时必须考虑开挖深度、降水方案、土层等,从而增加了网格密度.因此,采用六面体单元1三维有限元模拟模拟开挖过程

7、.支撑体系一般承受的是轴力,故采用1.1有限元类型的选择杆单元.[1]1.2土的本构模型收稿日期:2000-01-10目前,在土工计算中广泛采用的模型有两大类,基金项目:上海建设基金资助项目一类是弹塑性模型,另一类是弹性非线性模型,两者第4期赵海燕,等:深基坑支护结构变形的三维有限元分析与模拟611都反映了土的非线性应力-应变关系特性.弹性非线{Δε}={Δε1}+{Δε2}(3)性模型比较简单,易于考虑土的初始应力状态,计算基本变形所采用的本构关系与土体其他单元相参数容易确定,有现场的试验规程可供使用,因此在同,其应力

8、关系不再重复.破坏变形对接触面上的一实际应用中较为普遍.本文采用邓肯-张提出的弹性点来说,都是刚塑性的,即破坏前接触面上无相对位非线性模型.移,一旦破坏,张裂或错动,相对位移不断发展.根据这一模型理论,土的弹性模量E和泊松比000ΔXtΔet_是随着应力状态而变化的,不同应力阶段有不同10n0nΔXn=EΔen=[C