河道开挖对周边建筑物影响数值分析.pdf

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1、58工程技术河道开挖对周边建筑物影响数值分析郭星宇（上海长凯岩土工程有限公司，上海200070）摘要：本文根据河道开挖深度及河道与建筑物关系，利用通用有限元软件PLAXIS建立平面应变有限元分析模型，模拟河道开挖对建筑物的影响，并将计算结果与实测结果进行了对比。在土方开挖及潜水渗流双重作用下，河道开挖对周边建筑物影响显著，计算结果与实测结果比较接近。关键词：河道开挖；倾斜；有限元分析模型；潜水渗流DOI:10.3969/j.issn.1671-6396.2014.04.025城市建设过程中由于景观需要常进行河道开挖或改

2、造，表1土层物理力学性质表土层天然压缩一般而言，开挖深度大于5.0m视作深基坑，需要根据基坑土层粘聚力摩擦角土层名称厚度重度模量编号3(kPa)(°)稳定性要求及周边环境保护要求采取必要的基坑支护措施，（m）(kN/m)(Mpa)以保证基坑自身安全并减小基坑开挖对周边环境的影响。若①填土1.418.05.010.0--是在无任何支护措施前提下进行基坑开挖，基坑开挖及潜水②粉质粘土2.018.516.715.96.75渗流过程中，坑外土体会向坑内发生位移，造成基坑周边地④粉质粘土11.018.619.912.76.42粘

3、土夹粉表沉降。若基坑周边有建筑物分布，则基坑开挖对建筑物的⑤未钻穿19.937.48.46.55质粘土影响会非常显著。建筑物采用满堂水泥土搅拌桩进行了地基处理，根据建目前，国内外学者采用数值模拟、模型试验、现场监测筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）可得搅拌桩复合地基的等方法对基坑开挖引起周边建筑物变形问题进行了研究，通压缩模量：过基坑监测资料的分析得到开挖过程中，围护结构及基坑周Em=+E(1−m)E[1，2]spps——（式1）边建筑物变形特点及关系;研究影响基坑周边土体变形的因素[3，4]。由于基坑开挖问题

4、的复杂性，传统的计算方法式中：Esp为复合土层的压缩模量；Ep为搅拌桩的压缩受到了一定的限制，采用有限元方法对基坑卸荷状态下土体模量，Ep=(100～120)fcu(kPa)，假定搅拌桩桩身水泥土90d的应力场和位移场进行研究[5-7]更为普遍。但目前对于浅层龄期的立方体抗压强度平均值fcu=800kPa，本次计算潜水含水层降水开挖，特别在无支护和止水措施情况下引起Ep=110×0.8MPa=88Mpa；Es为桩间土的压缩模量；m为桩的基坑周边环境变形的研究则相对较少。土面积置换率，m=d2/de2=0.244。本文以

5、某工程为例，利用通用有限元软件PLAXIS建立通过计算得到复合地基物理力学性质如表2所示：表2复合地基物理力学性质表平面应变有限元分析模型，计算分析无支护措施条件下河道天然重度粘聚力摩擦角压缩模量序号3开挖对周边建筑物的影响。(kN/m)(kPa)(°)(Mpa)1工程概况复合②18.515.715.926.6地基④18.618.712.726.3某工程拟开挖河道为东西走向，宽约34m，河道改造采用放坡型式进行开挖。施工过程中未采用支护及止水措施，由于摩尔-库仑准则在土力学中的广泛应用，本工程土本次总开挖深度约7.0m

6、。体分析采用该模型。其破坏准则为：距离原驳岸18m左右处为一新建住宅小区，其中3#楼1⎛1⎞f()σ=Isinϕ+⎜cosθ−sinθsinϕ⎟距离河道开挖边线最近，最近距离约11m。建筑物为砖混结1⎜σσ⎟3⎝3⎠构，采用深层水泥土搅拌桩复合地基，搅拌桩桩长约8m，J−c•cosϕ=02——（式2）桩端在④层粉质粘土层。本文选取3#住宅楼为对象进行计算，分析河道开挖对建式中：I1为应力张量的第一不变量；J2为应力偏量的第筑物的影响。二不变量；θσ为罗德角；c为粘聚力；φ为内摩擦角。2工程地质条件规定以拉为正，且σ1≥

7、σ2≥σ3时，流动准则采用主应力的表达形式为：根据岩土工程勘察报告，3#楼场地③层粉土层缺失，②g(σ)=σ−σN层粉质粘土层直接和④层软-流塑状粉质粘土相接，且④层31ψ土较厚，达11m，土层物理力学性质如表1所示，场地常年1+sinψN=ψ水位约在标高1.80~3.30m变化。1−sinψ——（式3）3河道开挖时建筑物的沉降计算式中：ψ为剪胀角，可用来模拟实际情况中观测到的密3.1计算参数及计算模型选取实土体的扩容现象。中国西部科技2014年4月第13卷第04期总第297期59为模拟基坑开挖过程中降水的影响，模型进

8、行了土水耦计算结果显示河道开挖降水使建筑物产生不均匀沉降，合计算，Plaxis程序认为水的渗流符合Darcy定律，为区别建筑物靠近基坑侧沉降最大，达13cm，而距离基坑越远沉浸润面上下、在非饱和土和饱和土中地下水渗流方式的不降逐渐减小，距基坑最远处的沉降仅为9cm左右，不均匀沉r同，在Darcy定律中对渗透系数引入一个折减系数K。