midasgtsnx模拟分析基坑开挖对周边建筑物沉降的影响

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1、midasgtsnx模拟分析基坑开挖对周边建筑物沉降的影响盛勇飞摘要：超大超深基坑开挖过程屮，无论基坑采取什么类型的支护方式，都很难避免其对周围临近建筑物的影响，使建筑物产牛沉降或者开裂，严重时甚至倒塌。本文主要以广州琶洲某地块基坑工程为例，采用midasgtsnx模拟了基坑开挖及支护的整个过程，利用midas公司开发的大型岩土类三维有限元软件gtsnx分析基坑开挖过程中既冇建筑物沉降变形规律。结果显示：随着基坑逐步开挖，临近建筑物沉降逐步加大，且建筑不同位置表现出离开挖面越近的地方沉降越大的特点，建筑物有向基坑边方向倾斜

2、的趋势。关键词：深基坑；开挖；支护；三维冇限元；建筑沉降1、背景高层建筑的基础埋深一般较大，这对于增加建筑物的稳定性和充分利用地下空间是有利的。但是，在城市建筑物密集地区，深基础给施工带來很多困难的同吋也给周边建筑物安全提出了挑战，无论基坑采取何种支护方式，都很难做到使周边建筑物零沉降，因为基坑开挖过程是一个个逐步卸荷的过程，每开挖完一步，周围土体都会出现应力释放（包括土压力和水压力，为保证基坑开挖始终在地下水位以上及减小周边水压力，需要适度的降水），释放的应力时主要由基坑支护结构來承担，这样支护结构受力产生变形从而引起支

3、护外面土体的位移和沉降，且离开挖面越远这种趋势越不明显，所以就造成周边建筑物的不均匀沉降，使建筑物产生次应力，可能改变结构的受力形式，如果超过建筑物原来的结构设计承载必然就会出现裂缝，进而影响建筑物的安全。2、工程概述木基坑支护工程位于广州市天河区琶洲某地块，基坑呈标准长方形，长边约132.6m,短边约72.4m,开挖深度大部分为8m,局部塔楼区域10m,由于靠近珠江，支护结构采用C30混凝土连续墙，并用作止水帷幕，宽度lm,竖向设两道内支撑，钢筋混凝土内支撑截而均采用bxh=1000mmx900mm,基坑内支撑平面布置如

4、图1所示。基坑支护结构剖面示意图如图2,既有建筑物为4层砌体老式办公楼，东西向长度约31m,南北向约70m,地基为天然基础且无地下室。3、计算模型说明图1内支撑平面布置图空務第一道支撑±0.00、/填土2m-2.oo粘土3m-5.00V7S仝？开挖底面I砾砂如込连续墙-1强风化4mtoo中风化8m-20.003.1.计算模型及参数选用本基坑工程在数值模拟过程屮釆用三维模型，运用midasgtsnx有限元软件建立三维有限元计算模型，其中各类岩土、建筑物用实体单元模拟，连续墙用板单元模拟，立柱及内支撑用梁单元模拟，共划分了26

5、8003个有限单元，三维有限元模型整体网格划分如图3所示，rtl于开挖深度为8-10m,木文木为了方便分析，开挖深度均设为8m,一般基坑影响范围为3~5倍开挖深度，本工程偏于分析，取四周影响范围均为外扩60m,不同土层采用不同的材料参数模拟，土体采用摩尔■库伦弹塑性木构模型。边界条件选取顶面为自由面，底面钱接，四周四个面采取法向约束。计算荷载考虑建筑物的自重、土体竖向自重、场地西北角堆场的均布压力荷载20kpa等。土层参数如表1所示、各类支护结构材料参数如表2所示。微风化5m-25.00图2内支撑剖面示意图图3三维计算模型

6、层号123456土层名称填粘砾强中微土土砂凤风风化化化层厚/m233485重度/1819.2018.2626.(KN.in'3)762弹性模量10152870100250/Mpa00泊松比0.40.40.0.30.40.474956粘聚力10151530300450/kpa00内摩擦角12123227.4040.55表2各支护结构材料参数材料类型弹性模量/Mpa泊松比密度/g.cm-3内支撑28000.22.5立柱206000.187.85连续墙30000.22.5冠梁、腰梁28000.22.53・2、有限元分析4、计算结

7、果分析0>图4（第三步：开挖至支护结构变形云图表1各土层材料参数Midasgtsnx软件的施工阶段管理功能非常适用于各类基坑工程开挖支护模拟，定义施工阶段时只需将要分析的单元数据放入激活组，不需要分析计算的单元数据拖至饨化组，程序□动生成各个施工开挖及支护步骤。本文主要分析了7个工况模拟基坑开挖及支护的全过程。第一步：初始地应力状态；第二步：施工连续墙；第三步：开挖至-1.0m；第四步：施工第一道内支撑；第五步：开挖至・5.0m；第六步：施工第二道内支撑；第七步:开挖至-8.0m；4.K支护结构变形分析基坑开挖过程中，支护

8、结构位移及沉降变形云图如下图4~8：图5（第四步：施工第一道内支撑）,支护结构变形云图wtMt-m图6（第五步：开挖至-5.0m）,支护结构变形云图构变形云图从计算分析可知，在开始开挖・lm时，结构最大变形为3.78mm,在开挖完成吋，变形达到最大13.47mm。故有这样规律，在基坑开挖过程中，周围土压