润扬长江大桥北锚特深基坑支护方案安全系数及破坏模式.pdf

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1、岩石力学与工程学报，ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering，23(11),2004，1906~1911润扬长江大桥北锚特深基坑支护方案安全系数及破坏模式分析11122陆新征娄鹏宋二祥眭峰吉林12(清华大学土木工程系，北京，100084润扬长江大桥指挥部，镇江，212002)摘要润扬长江大桥北锚特深基坑设计尺寸达到69×50×50m，支护方案为嵌岩地连墙加内支撑结构形式。为了深入了解该基坑支护方案的安全储备情况，并预测其可能的破坏形式，在模拟施工过程的三维非线性有限元分析的基础上，通过人为加大土体自重直至支护结构破坏的

2、方法，对该基坑进行了破坏模拟分析。分析结果说明，该基坑的破坏都始于支撑的压坏，进而使地连墙屈服或折断。而在不同开挖深度下，基坑的破坏形式有所不同。开挖深度越深，破坏造成的危害也越大。关键词深基坑，三维有限元分析，破坏模式；分类号TU473表1、土的力学参数1研究背景Table1Parametersforthesoil土弹性模润扬长江大桥北锚特深基坑位于长江岸边，设层土体土体自重泊松cϕ深度量计尺寸为69×50×50m。基坑所在场地地表以下编性质（KN/m3）比（kPa）(º)(m)（kPa）16m为淤泥质土，地表以下16～48m为砂土，48m号以下为基岩，各层土体

3、的基本力学参数参见表1。淤泥0～11810030000.35135采用钢筋混凝土地下连续墙加内支撑的基坑支护体质土-12系。地下连续墙进入基岩深度平均约为3m。从地表-12淤泥以下2m开始，每隔4m设置一道内支撑，支撑结构21790080000.3109～质土平面布置参见图1。在基坑开挖前先完成地下连续-16墙的施工，内支撑随挖随撑，层间间隔周期约为-1610～15天。由于该基坑工程尺寸大，支护结构空间3砂土19000150000.3527～作用明显，施工周期长，环境复杂，为了深入了解-35该基坑支护方案安全储备情况，并预测其可能的破-35坏形式，在三维非线性并模

4、拟施工过程的有限元分4砂土19000300000.25230～析的基础上，通过人为加大土体自重直至支护结构-48破坏的方法，对该基坑进行了破坏模拟分析。65基岩220002×100.252研究方法2.1计算模型计算软件采用美国ANSYS公司开发的ANSYS[1,2]三维大型有限元计算软件，使用的是整体三维非线性土水合算有限元模型[3~6]。土体采用20图1、支撑结构平面布置Fig.1Planararrangementofinternalsupports节点三维实体单元，钢筋混凝土地连墙采用8节点作者陆新征简介：24岁，清华大学土木工程系博士研究生，主要研究方向：结

5、构非线性分析岩石力学与工程学报，ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering，23(11),2004，1906~1911三维板单元，钢筋混凝土内支撑为空间梁单元，计退出工作（有时是几根支撑同时退出工作），则记为算范围为3倍基坑的面积。为了真实地模拟支撑结一个“破坏步”，记录下此时的变形和内力。随着构构和土体之间的共同作用及不同施工方案对支护结件逐个退出工作，便得到了整个基坑的破坏过程。构的影响，我们使用了ANSYS的单元“生死”功2.5基准荷载作用下支护结构的变形和内力能来模拟土体开挖和支护施工。所谓“杀死”单元，我们以土

6、体的真实重度为基准荷载，在该荷载就是将该单元的刚度和质量都乘以一个很小的数，作用下，计算得到支撑的最大应力为13.4Mpa；地相当于该单元不再能发挥作用。而“激活”单元，连墙最大位移为8.26cm，Δ/H=1.65‰,地连墙最大就是让已经“杀死”的单元恢复到它原先的刚度和应变为1.04‰，未出现塑性。可见在基准荷载下整质量，这时候的单元既没有初始应变，也没有初始个支护结构都是安全的。应力。例如，本模型中，地连墙的板单元是附着在土体单元上的，在土体自重沉降过程中，地连墙被3虚拟荷载工况A计算结果“杀死”，对土体自重沉降完全没有影响。而在沉降计算完成后，则“激活”地连

7、墙单元，开始发挥作本工况中，土壤自重均被乘以2，得到的土水用。这时候它虽然已经有了变形，但是程序假设其合压力约为实际值的2倍。内力为零，这与工程中的实际情况是相符的。计算得到支撑的最大应力为25.6MPa，稍低于2.2岩土参数极限值26MPa；地连墙最大位移为13.4cm，Δ[7,8,9]/H=2.68‰；地连墙最大应变为2.17‰，其中塑性应岩土采用的是Drucker－Prager理想弹塑性本构模型，其各项基本参数同表1，因为是水土合变为0.69‰，位于嵌岩段，参见图2。可见支撑和算分析，所以将各层土体的泊松比提高至0.45，使地连墙变形都没有问题，而地连墙的嵌

8、固端可能会