深基坑支护结构的二维有限元分析

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1、第24卷增刊辽宁工程技术大学学报2005年4月Vol.24Suppl.JournalofLiaoningTechnicalUniversityApr.2005文章编号：1008-0562(2005)增刊-0108-03深基坑支护结构的二维有限元分析戴继，赵兴君（辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新123000）摘要：针对目前深基坑研究深度及广度仍停留在初步阶段，采用二维弹塑性有限元法，模拟基坑开挖中常用的挡墙式支护结构与土体的共同作用，针对各种不同参数的挡墙，计算挡墙、基坑周围地面及坑地的变形，分析变形

2、与各参数的关系。得出土体与支护结构之间的相互作用及土体随开挖深度增加的变化。关键词：支护结构；有限元法；变形；深基坑中图分类号：TU311文献标识码：A2-DFiniteelementanalysisandsimulationofdeepexcavationsDAIJi，ZHAOXing-jun(CollegeofResourceandEnvironmentEngineering,LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China)Abstract：Considering

3、thetheoreticalresearchofdeepexcavationwasnotenoughrecently,thispapersimulatestheinteractionofsupportingstructuresandearthindeepexcavationbyusingtwo-dimensionalelastoplasticfiniteelementmethod.Tocountervariousparameters,itcalculatesthedeformationofsupportings

4、tructure,groundsurfaceandthebottomofdeepexcavation.Italsoanalysestherelationbetweenthedeformationandeachparameters.Theresultoftheinteractionbetweenearthandsupportingstructureaswellaschangeofearthwithincreasingofdepthofexcavationisobtained.Keywords：supporting

5、structure；finiteelementmethod；deformations；deepexcavation0引言2⎡Rf(1−sinφ)(σ1−σ3)⎤Et=⎢1−⎥Ei随着计算机的发展和工程的需要，有限元法在⎣2cosφ+2σ3sinφ⎦深基坑支护结构内力及变形分析中得到了应用，它n⎡σ⎤3能模拟施工工况，求得不同工况下挡墙内力、水平Ei=KiPa⎢⎥（1）⎣Pa⎦位移和支撑轴力，且能取得比较符合实际的结果，m越来越被工程界所接受。⎡σ3⎤Et=KbPa⎢⎥目前在深基坑结构支护分析中二维有限元法⎣Pa

6、⎦和三维有限元法应用较为普遍，本文将结合工程实式中：Et为切线模量；Rf为破坏比，一般土的Rr变[1]例对二维有限元法作一介绍。化于0.75~0.95之间；φ为摩擦角，σ1、σ3分别为最大、最小主应力；Pa为大气压或称参考压力;Ki、Kb、1二维有限元模型n、m为由试验确定的常数；Kt为切线体积模量。上述Et是对加载时而言，当卸荷后再加载时，弹性模1.1土的本构模型量可定义为目前在土工计算中广泛采用的模型有两大类，n⎡σ⎤3一类是弹塑性模型，另一类是弹性非线性模型[2]。E=KP⎥（2）urura⎢P⎣a⎦本文

7、采用邓肯-张提出的弹性非线性模型。Kur由试验确定根据这一模型理论，土的弹性模量E和泊松比µ时随着应力状态而变化的，不同应力阶段有不同1.2接触面变形的数学模型的数值，可以把它们表示成应力的函数形式由于土与围护结构材料的弹性模量相差很大，收稿日期：2004-12-15作者简介：戴继（1976-），男，辽宁阜新人，硕士研究生。本文编校：孙树江增刊戴继等：深基坑支护结构的二维有限元分析109在两者的界面上常伴随有较大的剪应力。为了较合n当τ＜0.95τ或S＜0.95时，令1/G=0。f理的模拟这一情况，在界面处设置

8、接触面单元。Desai等提出的薄层四边形但原则避免了摩擦型接2施工过程的模拟触面单元的这一缺陷，可以较好的反映法向变型和切向变形以及应力的传递[3]。2.1初始应力场的计算1.3.接触面变形的数学模拟计算初始应力场是为了确定土层中各点的初始模量和开挖计算的起始应力条件，计算时可采用Desai单元与普通单元一样在平面问题中有3收敛速度快和计算效率好的拟牛顿迭代逼近法。计个应力分量和3个应