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1、岩土工程界第12卷第1期探讨与分析支护结构的刚度、入土深度对拉锚式支护结构水平位移的影响1234谢文强王光勇万晓东冯阵图(1.河南神火煤电股份公司2.河南理工大学土木工程学院3.深圳市路桥建设集团公司4.中铁十五局集团第二工程有限公司)摘要以济南东南部一个实际工程作为标准模型,利用有限差分法初步研究支护结构刚度和入土深度对拉锚式支护结构水平位移的影响规律,以提高相似基坑工程设计理论和指导相似工程实践。关键词拉锚式支护结构水平位移数值模拟近年来,随着城市建设的迅速发展,高层建筑不影响,为了简化计算,通过对锚杆横截面面积等效,[1]断兴起,产生了大量的深基坑开挖工程。由于
2、基将拉锚式支护结构简化为二维平面应变问题;坑失事主要涉及两方面的问题:一是基坑支护体系(2)不考虑施工进程对土体力学指标的影响,自身失稳;二是基坑开挖引起周围环境位移的显著开挖深度在地下水位以上,不考虑渗流影响;[2]变化,致使周围建筑物及地下管线破坏。因此,(3)土体本构关系采用莫尔-库仑(Mohr-基坑支护结构不仅要保证深基坑本身的安全,还要Coulomb)准则模拟,由于支护结构刚度相对土体刚保证周围建筑物和地下管道的安全和正常使用。由度较大,假定其为弹性体;于深基坑开挖的现场难以对支护参数进行系统的研(4)计算过程:先让土体在自重状态下达到初究分析,因此采用数值
3、分析方法对支护参数进行系始平衡,再将初始位移设置为零;把每级开挖部分用统分析,确定各参数的定性关系,对基坑支护设计具null模型取代,计算变化后的位移与应力。有较大的指导意义。1.2标准模型参数目前国内一些学者已经对基坑变形作了一定的标准算例取单位宽度,宽度2L=40m,开挖深度[3～8]研究,但是每个地区有其自身土质和施工特点。H=10m;支护结构采用地下连续墙,为弹性体,厚度本文取济南东南部一个实际工程作为标准模型,利D=0.8m,插入深度为d=8m,弹性模量E=用有限差分法初步研究支护结构刚度和入土深度对21000MPa,泊松比υ=0.25。土体采用弹塑性模型,
4、拉锚式支护结构水平位移的影响规律,以提高相似锚杆为弹性体,其计算参数分别如表1和表2。工基坑工程设计理论和指导相似工程实践。程经验表明,基坑开挖的影响长度约为开挖深度31数值模型的建立～4倍,影响深度约为开挖深度的2～4倍,故取计算域长60m,深40m,其网格划分见图1。假定初始目前国内多采用有限元数值分析方法进行基坑地应力场为自重应力场,计算域两侧设有水平链杆,变形规律研究,土体本构关系多简化为线弹性模型底部设有铰支座,顶部取荷载15kPa。深基坑开挖或非线弹性模型,由于基坑土体的力学行为多为弹顺序:首先开挖至3m,然后加锚杆,再开挖直至基坑塑性体特征,因而,其模拟
5、结果与实际监测数据偏差底10m。较大;有限差分法可以模拟岩土或其他材料的二维和三维力学行为,尤其在材料的弹塑性分析、大变形2数值模拟结果及分析分析、流固耦合效应以及模拟施工过程时有其独到影响拉锚式支护结构变形因素很多,其中支护的优点,可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软结构刚度和入土深度对支护结构的水平位移的影响化直至大变形等领域。比较明显。在下面的模拟中以标准模型为基准,变1.1数值模拟假设化相关参数,通过对设计方案的数值模拟结果处理(1)本文主要研究支护参数对深基坑定性方面后,得如下结果。〔收稿日期〕2008-06-2641探讨与分析GEOTECHNICALEN
6、GINEERINGWORLDVOL.12No.1表1土层参数土层号土层厚度H/m土的重度γ/kN·m-3土的粘结系数C/kPa土的内摩擦角φ/°泊松比μ弹性模量E/MPa1191925150.3152>1919.430200.220表2锚杆参数参数名称数量参数名称数量锚杆长度/m15锚杆抗拉强度/kN200锚杆自由段长度/m5锚杆弹性模量/GPa50锚固体粘结系数/kN-1锚杆锚固段长度/m102m锚杆倾角/°20锚固体摩擦角/°30锚杆横截面积/m20.0010锚固体粘结刚度/GPa0.1锚杆周长/m0.11.6m,最大水平位移从81.04mm减少到43.251mm
7、,减少了37.789mm,位移变化率逐渐减小。实际工程图1计算域网格划分图中地下连续墙厚度一般取0.25～1.6m,太小取不到加固的效果,太大取到效果不经济,造成太大浪费。2.1支护结构刚度的影响2.2支护结构入土深度的影响支护结构的刚度是由支护结构的弹性模量(E)图4是不同入土深度下的支护结构水平位移分和支护结构的尺寸(I)来体现。由于在实际工程当布曲线,从图可见,水平位移分布曲线呈前倾型,开挖中支护结构的弹性模量变化不是太明显,所以支护深度以上,随着入土深度增加,同一深度水平位移呈结构刚度的影响主要体现在支护结构的尺寸上,在减小趋势,但入土深度4
