【名企】有限元在巖土工程中的應(yīng)用精品講義

有限元在巖土工程中的應(yīng)用主講人：張雪嬋中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research有限元在巖土工程中的應(yīng)用有限元在巖土工程中的應(yīng)用本

節(jié)簡

介簡介：通過具體的工程案例，介紹有限元在相鄰基坑開挖、地鐵周邊基坑開挖、敏感建筑周邊基坑開挖、多個(gè)儲罐基礎(chǔ)不均勻沉降分析、樁基施工擠土效應(yīng)分析等方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：有限元，基坑，地基基礎(chǔ)，樁基建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research1234有限元在巖土工程中的應(yīng)用情況有限元在基坑工程中的應(yīng)用CONTENTS目

錄有限元在地基基礎(chǔ)沉降分析中的應(yīng)用有限元在樁基施工影響分析中的應(yīng)用建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research應(yīng)用情況特殊基坑支護(hù)設(shè)計(jì)基坑鄰近既有建筑基坑鄰近地鐵隧道隧道開挖影響分析01應(yīng)用情況02復(fù)雜地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)方案優(yōu)化邊坡穩(wěn)定性分析軟基固結(jié)分析滲流分析0304動(dòng)力分析熱力分析建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research應(yīng)用情況土釘墻分析相鄰基坑分析基坑對地鐵隧道影響樁基工程水庫滑坡計(jì)算新奧法隧道施工建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research分析流程01是什么02怎么建步驟土體、結(jié)構(gòu)本構(gòu)計(jì)算模型的簡化分析模式計(jì)算參數(shù)模型范圍確定定義土的特性（幾何、材料）定義結(jié)構(gòu)特性（幾何、材料）及土-結(jié)構(gòu)接觸面定義荷載及邊界條件網(wǎng)格劃分有限元網(wǎng)格劃分定義土中的水的特性定義計(jì)算內(nèi)容03怎么算04怎么分析地應(yīng)力平衡數(shù)值分析概念分析施工動(dòng)態(tài)模擬建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research本構(gòu)模型線彈性模型摩爾-庫倫硬化土模型本構(gòu)模型小應(yīng)變土體硬化模型軟土模型模型選擇？適用范圍？參數(shù)？節(jié)理巖體模型…………本構(gòu)模型的選擇及材料參數(shù)的準(zhǔn)確定義是有限元分析的難點(diǎn)。聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research1234有限元在巖土工程中的應(yīng)用情況有限元在基坑工程中的應(yīng)用CONTENTS目

錄有限元在地基基礎(chǔ)沉降分析中的應(yīng)用有限元在樁基施工影響分析中的應(yīng)用建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research適用于基坑工程的本構(gòu)模型本構(gòu)參數(shù)?

塑性變形?

土體硬化?簡便確定數(shù)值分析?

區(qū)分加、卸載?

剛度隨應(yīng)力變化彈性DCMC/DPCC/MCCHSHSS塑性加/卸載XXOOOOOOXXOXO剛度隨應(yīng)力變化小應(yīng)變OXXXOOOOXXX適用性不適用初步分析初步分析較準(zhǔn)確較準(zhǔn)確高級分析建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research小應(yīng)變土體硬化模型參數(shù)試驗(yàn)確定方法參數(shù)固結(jié)試驗(yàn)CDCUUUDSSSPTCPTPMDMTc′DDDDDDCCφ′ψDref?I(D)DDIDIIIIIII50refur?(D)(I)(D)ref?ICoedvurm(I)DDDRf表中，DSS為直剪慢剪試驗(yàn)，SPT為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，CPT為靜力觸探試驗(yàn)，PM為旁壓試驗(yàn)，DMT為扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)。HSS模型：?0ref

初始剪切模量，可以采用彎曲元試驗(yàn)、共振柱試驗(yàn)和扭剪試驗(yàn)。

γ0.7

閾值剪應(yīng)變，一般經(jīng)驗(yàn)確定。一般的?ref可?。?~5）

?ref

，γ

可取（1~2）×10-40ur0.7建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research各地小應(yīng)變經(jīng)驗(yàn)參數(shù)——上海華東建筑設(shè)計(jì)研究院建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research各地小應(yīng)變經(jīng)驗(yàn)參數(shù)天津地區(qū)經(jīng)驗(yàn)建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research各地小應(yīng)變經(jīng)驗(yàn)參數(shù)飽和容重層號土層名稱容重(kN/m3)C(kPa)Φ(度)EoedE50EURG0r0.7RFmvurk0Ψ(kN/m3)①1①3①2①4①6③1③4⑤1⑤2⑥1⑥2⑥3⑥4⑧1⑩1⑩2-1⑩2-2⑩3⑩4?1素填土填砂1918.52219.118.622.120.119.616.718.419.120.618.219.920.120.919.219.62230242535322428242432283228353231283535403510.0012.0015.0012.0010.002.1310.0012.0015.0012.0010.003.0340.0048.0060.0048.0040.0017.0818.1222.6672.0022.5888.0027.35100.0025.5045.00480.00480.001200.002000.00480.00200.00240.00300.00240.00200.0042.700.00020.00020.00020.00020.00020.00040.00030.00030.00020.00040.00020.00030.00020.00030.00020.00020.00020.00020.00020.00020.90.90.50.50.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.590.580.430.470.590.530.590.590.470.530.470.530.430.470.480.530.430.430.360.43005200002020503055105填石00.90.5雜填土沖填土淤泥(陸域)粘土2000.90.519.516.618.31930.90.51230.650.820.820.90.83.283.7145.310.940.940.5粘土34.104.6356.64中砂20018.002.8218.004.00360.0056.46淤泥質(zhì)粘土細(xì)砂（含淤泥）粘土181250.650.90.819.619.42022.004.9522.005.59440.0068.380.530.890.90.720.5粗砂025.007.5425.007.54500.0060.26砂質(zhì)粘性土全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化中風(fēng)化微風(fēng)化碎裂巖1980.890.910.90.720.740.519.522015.00120.00120.00300.00500.00120.0015.00120.00120.00300.00500.00120.00163.502400.002400.006000.0010000.002400.00353045503022.52522.5250.90.50.90.526.52326.5230.90.50.90.5——深圳：葉躍鴻（2017）建筑云聯(lián)盟ClicktoeditMastertitlestyleClicktoeditMastersubtitlestyle中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?巖土工程條件基坑深度范圍地面標(biāo)高1889.5地下水位線1888.80～1889.46基坑底標(biāo)高1879.05嵌固深度支護(hù)樁樁端位置?

地下水主要賦存于③

、④

粉土、粉砂層及其22以下砂土層中，屬孔隙潛水型，微具承壓性。工程地質(zhì)剖面圖建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?工程特點(diǎn)豐寧小區(qū)豐寧馨園相鄰基坑剖面示意圖三維效果圖建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?支護(hù)方案2-2剖面4-4剖面支護(hù)平面圖建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?考慮相互影響的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)常規(guī)設(shè)計(jì)方法

確定支護(hù)形式

初步確定支護(hù)參數(shù)二維有限元分析

分析支護(hù)樁的內(nèi)力和變形?豐寧基坑和基坑B同步開挖?

豐寧基坑比基坑B開挖快一步?

基坑B比豐寧基坑快一步開挖?

基坑B比豐寧基坑快兩步開挖?

考慮單一基坑設(shè)計(jì)方法三維有限元分析

分析內(nèi)支撐構(gòu)件的內(nèi)力和變形?

豐寧基坑和基坑B同步開挖?

基坑B比豐寧基坑快一步開挖?

基坑B比豐寧基坑快兩步開挖建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?二維有限元分析彎矩

(kN.m)水平位移

(mm)189018881886188418821880187818761874187218701868186618641890-2500

-2000

-1500

-1000

-5000510

15

20

25

30

35

40

450500

10001888188618841882188018781876187418721870186818661864豐寧同步豐寧同步豐寧快一步B區(qū)快一步B區(qū)快二步只考慮豐寧豐寧快一步B區(qū)快一步B區(qū)快二步只考慮豐寧豐寧基坑西側(cè)支護(hù)樁位移、彎矩包絡(luò)圖考慮相鄰基坑相互影響時(shí)得到的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移比常規(guī)設(shè)計(jì)、不考慮相互影響得到的水平位移明顯增大，其中位移最大的工況為豐寧基坑比基坑B開挖快一步的工況。豐寧基坑西側(cè)的支護(hù)樁彎矩也是同樣的規(guī)律。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?二維有限元分析水平位移

(mm)1890-35

-30

-25

-20

-15

-10

-51888彎矩

(kN.m)1890-600

-400

-2000510

150200

400

600

800

1000

1200

1400

16001888188618841882188018781876187418721870188618841882188018781876187418721870豐寧同步豐寧同步豐寧快一步B區(qū)快一步B區(qū)快二步只考慮豐寧豐寧快一步B區(qū)快一步B區(qū)快二步只考慮豐寧豐寧基坑?xùn)|側(cè)支護(hù)樁位移、彎矩包絡(luò)圖當(dāng)兩側(cè)基坑都開挖時(shí)，其位移和彎矩比常規(guī)設(shè)計(jì)都要減小很多，但是考慮到如果豐寧基坑開挖時(shí)，基坑B可能不一定開挖，此時(shí)豐寧基坑?xùn)|側(cè)的支護(hù)樁的受力狀態(tài)和常規(guī)設(shè)計(jì)是一致的，因此該側(cè)的支護(hù)樁按常規(guī)設(shè)計(jì)的彎矩進(jìn)行配筋。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?三維有限元分析1三維有限元模型2

34

5位移云圖23支護(hù)樁位移云圖14支撐軸力5支撐彎矩建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?三維有限元分析三維有限元分析支撐體系軸力及彎矩考慮相鄰基坑相互影響后部分桿件內(nèi)力增大，多數(shù)桿件內(nèi)力增幅不超過10%。支撐設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合三維有限元支撐體系內(nèi)力計(jì)算結(jié)果對原設(shè)計(jì)支撐體系進(jìn)行了復(fù)核和加強(qiáng)。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?現(xiàn)場施工情況在項(xiàng)目施工過程中，由于雙方施工進(jìn)度的原因，出現(xiàn)了原先設(shè)計(jì)時(shí)未考慮的工況，項(xiàng)目設(shè)計(jì)組對相應(yīng)的工況進(jìn)行了有限元分析，認(rèn)為原設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)截面和配筋均能滿足要求，且變形在控制范圍內(nèi)。三維有限元分析支撐體系軸力及彎矩豐寧左側(cè)樁豐寧右側(cè)樁B區(qū)左側(cè)樁B區(qū)右側(cè)樁工況Ux（mm）

M（kN.m）

Ux（mm）

M（kN.m）

Ux（mm）

M（kN.m）

Ux（mm）

M（kN.m）W1W2W3C0.1220.539.847.32434255.79.2878.17.12.73.729386138172017.626.422.924.95797888878303667556562222177115.15.5注：各工況含義W1——B區(qū)第一步開挖；W2——B區(qū)第二步開挖，豐寧第一步開挖；W3——B區(qū)第二步開挖后停工，豐寧開挖到坑底；C

——B區(qū)第二步開挖后停工，豐寧設(shè)置樓板后拆撐。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?監(jiān)測平面布置建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?監(jiān)測數(shù)據(jù)分析第2層土第2層土第1層土支撐支撐1第

層土豐寧西側(cè)

豐寧東側(cè)B區(qū)西側(cè)第2層土基坑監(jiān)測表明，在豐寧基坑開挖到底時(shí)，西側(cè)的水平位移最大，基坑頂部最大水平位移為38mm。基坑的實(shí)測最大水平位移部位與數(shù)值分析是一致的。工程實(shí)踐證明該基坑的設(shè)計(jì)是安全的。第1層土支撐建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research相鄰基坑相互影響分析?小結(jié)該項(xiàng)目基坑施工時(shí)東側(cè)另一基坑同時(shí)施工，基坑設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮兩個(gè)基坑的相互影響。該基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，先采用常規(guī)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用二維和三維有限元對兩個(gè)基坑可能出現(xiàn)的不同開挖工況進(jìn)行模擬，分析考慮兩個(gè)基坑相互影響的多種工況下的支護(hù)構(gòu)件的內(nèi)力和變形，對常規(guī)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。工程實(shí)踐證明該基坑的設(shè)計(jì)是安全的。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖?工程概況某基坑工程位于北京市海淀區(qū)學(xué)院路地區(qū)。擬建建筑物主要為15層~22層的高層、2層~5層的裙房，以及純地下室。建筑結(jié)構(gòu)形式為框架、剪力墻型式，筏板基礎(chǔ)。建設(shè)用地面積70601.07平方米，總建筑面積為519179.00平方米。基坑開挖深度約為22m，基坑側(cè)壁安全等級一級。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖?工程概況J地塊與地鐵A出入口關(guān)系J地塊東側(cè)靠近在施地鐵車站,車站西北出入口進(jìn)入地塊用地紅線10m，如下圖所示。J地塊主體結(jié)構(gòu)距離地鐵出入口主體結(jié)構(gòu)約2.02m~2.92m，距離主站廳約16m，J地塊與地鐵車站關(guān)系剖面圖見下圖。J地塊開挖深度約22m，車站主站廳開挖深度約22m，出入口開挖深度約15m。主站正在施工，地鐵出入口尚未施工。平面剖面建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司ChinaAcademyof

BuildingResearch地鐵周邊基坑開挖①雜填土?工程概況①

黏質(zhì)粉土素填土1②粉質(zhì)黏土?重粉質(zhì)黏土工程地質(zhì)條件②

砂質(zhì)粉土?黏質(zhì)1粉土②

粉砂坑底位于⑤粉質(zhì)黏土及⑥圓礫卵石層，其下為黏土、重粉質(zhì)黏土2②

黏土3③粉質(zhì)黏土?重粉質(zhì)黏土③

黏質(zhì)粉土?砂質(zhì)1坑底墻底粉土③

黏土2③

細(xì)砂3④粉質(zhì)黏土?重粉質(zhì)黏土水文地質(zhì)條件④

黏質(zhì)粉土?砂質(zhì)1粉土根據(jù)現(xiàn)階段勘察成果，本次野外勘察期間，于鉆孔中④

黏土2④

粉砂3實(shí)測的

2層地下水。第一層地下水為臺地潛水，穩(wěn)定水位埋深為

6.10～12.00m。第二層地下水為微承壓水，穩(wěn)定水位埋深為

21.40～22.20m。⑤粉質(zhì)黏土?重粉質(zhì)黏土⑤

黏土1⑤

黏質(zhì)粉土?砂質(zhì)2粉土⑥卵石⑥

細(xì)砂1⑥

圓礫2地質(zhì)剖面⑥

粉質(zhì)黏土?重粉3質(zhì)黏土⑦黏土?重粉質(zhì)黏土建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖J地塊與東側(cè)地鐵相關(guān)問題?

J地塊基坑?xùn)|側(cè)與在建地鐵工程鄰近，地鐵A出入口進(jìn)入Ｊ地塊紅線內(nèi)?；釉O(shè)計(jì)需考慮與地鐵支護(hù)協(xié)同設(shè)計(jì)，且滿足地鐵運(yùn)營要求。?

J地塊地下室輪廓線北側(cè)距離地鐵出入口結(jié)構(gòu)外墻距離2.92m，南側(cè)距離2.02m。地鐵出入口基底埋深約15米，J地塊基底埋深約22米，基坑深度相差7米。雙方分開支護(hù)空間不足。?

基坑開挖引起地鐵變形過大，影響地鐵運(yùn)營。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖J地塊開挖對地鐵連接通道有限元分析有限元模型二維模型圖建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖J地塊開挖對地鐵連接通道有限元分析通道驗(yàn)證開挖到坑底支護(hù)樁變形如左圖所示，最大水平變形14.3mm。換撐結(jié)束支護(hù)樁變形最大水平變形14.7mm。啟明星計(jì)算支護(hù)樁變形如右圖所示，最大水平變形15.6mm。開挖到底換撐結(jié)束開挖到底建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖J地塊開挖對地鐵連接通道有限元分析J地塊驗(yàn)證開挖到坑底支護(hù)樁變形如下圖所示，最大水平變形25.1mm。換撐結(jié)束支護(hù)樁變形最大水平變形31.5mm。啟明星計(jì)算結(jié)果見下圖。換撐結(jié)束建筑云聯(lián)盟換撐結(jié)束開挖到底中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖J地塊開挖對地鐵連接通道有限元分析兩地塊合并模擬中間地下連續(xù)墻變形如下圖所示，地鐵連接通道開挖到坑底時(shí)水平變形18.1mm，地鐵連接通道換撐結(jié)束后地連墻水平變形19.3mm，J地塊開挖完成后地連墻水平變形19.4mm，J地塊施工完畢時(shí)地連墻水平變形14.7mm。通道開挖到底通道換撐結(jié)束J開挖到底J環(huán)撐結(jié)束建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖J地塊開挖對地鐵連接通道有限元分析J地塊非臨近地鐵側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形J地塊非臨近地鐵側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形如下圖所示。J地塊開挖完成后支護(hù)機(jī)構(gòu)水平變形42.4mm，J地塊施工完畢時(shí)地連墻水平變形50.0mm，有一定的增加。換撐結(jié)束—西側(cè)開挖到底—西側(cè)建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖J地塊開挖對地鐵連接通道有限元分析J地塊施工引起的地表沉降分析J地塊開挖后引起的地表增量沉降最大值發(fā)生在J地塊開挖結(jié)束時(shí)，如下圖所示，增量沉降最大值3.1mm。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖J地塊開挖對地鐵連接通道有限元分析J地塊施工引起的地鐵結(jié)構(gòu)變形J地塊施工引起的地下連續(xù)墻增量變形如下圖所示，最大變形發(fā)生在換撐結(jié)束后，為9.7mm。換撐結(jié)束開挖到底建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司ChinaAcademyof

BuildingResearch地鐵周邊基坑開挖J地塊開挖對地鐵連接通道有限元分析J地塊施工引起的地鐵結(jié)構(gòu)變形1對于中間共用地下連續(xù)墻，在地鐵連接通道基坑開挖情況下J地塊基坑未開挖，地連墻向地鐵連接通道基坑方向變形，隨著地鐵連接通道基坑回填完畢，J地塊基坑開挖，中間共用地下連續(xù)墻向J地塊基坑方向回調(diào)，整體變形減小再增大，但不超過施工期地鐵變形限值20mm。2對于J地塊非鄰近地鐵側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力比不考慮地鐵基坑將有所增大，需要對非鄰近地鐵側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。3由于J地塊施工引起的地表沉降為3.1mm，不超過地鐵變形限值。4

J地塊開始施工后引起的地墻變形最大值9.7mm，小于10mm。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research敏感建筑周邊基坑開挖工程概況32層樓淺基礎(chǔ)，位于中風(fēng)化巖，中風(fēng)化巖有結(jié)構(gòu)面，管廊基坑開挖深度約9m，基底位于中風(fēng)化巖，離32層樓5~10m。原支護(hù)剖面山體建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖問題基坑開挖是否需要考慮32層樓荷載？基坑開挖是否需要考慮結(jié)構(gòu)面上巖體的下滑力？隧道建成后32層樓對永久的隧道是否有推力？建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖補(bǔ)勘報(bào)告交通部東海救助局安瀾亭瀝砼45.1924.7023.24

21.415.69平面剖面建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖補(bǔ)勘報(bào)告中風(fēng)化巖描述巖性為花崗巖，碎裂-塊狀構(gòu)造，巖芯多呈碎塊狀或短柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度一般，多呈微張狀。巖石為較硬巖，局部硅化，巖體完整性程度屬較破碎-較完整，巖體基本質(zhì)量等級屬Ⅲ-Ⅳ級。場地內(nèi)地下水主要為孔隙潛水及基巖裂隙水。淺部孔隙潛水賦存介質(zhì)主要為雜填土，其中雜填土中多為包氣帶水，水逕流條件較好。地下水位埋深淺。根據(jù)勘察期間現(xiàn)場鉆孔觀測，地下水實(shí)測水位埋深為0.79～2.10m，高程2.82～4.52m?；鶐r裂隙水賦存于風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙中，構(gòu)造裂隙發(fā)育，但延伸不長，且以閉合為主。主要埋藏在斷裂破碎帶和構(gòu)造裂隙之中，連通性一般，無統(tǒng)一地下水位。該含水層組屬弱富水含水巖組。節(jié)理裂隙根據(jù)大廈附近地質(zhì)調(diào)查巖體的結(jié)構(gòu)面赤平投影圖分析，該段主要有以下三組結(jié)構(gòu)面：J1（15°∠87°），J5（4°∠63°），J8（16°∠53°），其交點(diǎn)位于基坑的同側(cè)，成為影響本段基坑開挖的不利結(jié)構(gòu)面。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖有限元分析無建筑有建筑建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖有限元分析無建筑安全系數(shù)1.42破壞有建筑建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research地鐵周邊基坑開挖有限元分析無建筑有建筑建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research敏感建筑周邊基坑開挖工程概況修改支護(hù)方案，改為抗滑樁。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research1234有限元在巖土工程中的應(yīng)用情況有限元在基坑工程中的應(yīng)用CONTENTS目

錄有限元在地基基礎(chǔ)沉降分析中的應(yīng)用有限元在樁基施工影響分析中的應(yīng)用建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research工程概況某生物發(fā)電工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)，場地內(nèi)主要建筑物有秸稈堆場、水解池、收集池、勻漿池、一體化發(fā)酵罐、廠房等。場地內(nèi)一體化厭氧發(fā)酵罐共有8個(gè)，平面布置如圖1所示，筏板基礎(chǔ)，地上一層，罐體高度為8.4

m，罐體直徑31.32

m，基礎(chǔ)板直徑32.82

m，單罐滿罐含物料總重量為5

930

t。一體化厭氧發(fā)酵罐平面布置圖建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research巖土工程條件一體化厭氧發(fā)酵罐所在場地土層至上而下依次為：①雜填土，②粉砂，②1粉質(zhì)黏土，④粉質(zhì)黏土，④

粉砂，⑤粉質(zhì)黏土，⑤

泥炭質(zhì)土，⑤

粉砂，⑦細(xì)砂，⑧細(xì)砂?？辈炱陂g地下水水位標(biāo)高為171.51

m。112GK44183.07GK43182.69GK45182.79雜填土

1182.47雜填土粉質(zhì)粘土

2

11182.29182.09粉質(zhì)黏土

2

11.30f181.37180.47181.39180.79179.992.10ffff粉砂

2粉質(zhì)黏土

2

1粉砂

2粉砂

2179.59178.49粉質(zhì)黏土

2

1179.39f179.07179.09178.49178.57粉砂2粉質(zhì)黏土

4粉質(zhì)黏土4176.59176.67176.59粉質(zhì)黏土

5粉質(zhì)黏土

5粉砂

5

2f174.47173.8710.00

172.87f174.29173.49粉砂

5

2174.07174.09粉質(zhì)黏土

5f173.79x粉質(zhì)黏土

5細(xì)砂

7173.49173.29細(xì)砂7xx171.51171.51171.51171.59171.3911.90xxx細(xì)砂

8細(xì)砂

8163.07162.79162.59典型地質(zhì)剖面建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research分層總和法根據(jù)已有設(shè)計(jì)條件，單罐滿罐含物料總重量為59

300

kN，基礎(chǔ)直徑為32.82

m，基礎(chǔ)埋深按1.50

m考慮，基底以上土層的天然重度按16.5

kN/m3考慮，基礎(chǔ)及其上土的平均重度為23

kN/m3考慮，計(jì)算基礎(chǔ)底面處附加壓力約為80

kPa。單罐沉降量鉆孔孔號編號單罐沉降量s/mmGK40GK43GK52GK55發(fā)酵罐01發(fā)酵罐02發(fā)酵罐03GK41GK46GK44GK49GK53GK60GK56GK61129118136125136154146150GK45

GK53GK54GK60GK41GK42

GK44GK56GK57GK46GK49GK58GK61GK48GK50GK51

GK59GK62GK63發(fā)酵罐04GK47發(fā)酵罐05發(fā)酵罐06發(fā)酵罐07發(fā)酵罐08鉆孔平面布置圖建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research模型驗(yàn)證選用1號發(fā)酵罐下GK41號勘探孔對上述土體及結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，其有限元模型及網(wǎng)格劃分如圖5所示?；A(chǔ)板沉降如圖6所示，有限元計(jì)算的基礎(chǔ)板平均沉降129

mm，與分層總和法計(jì)算的1號罐沉降129mm一致，說明模型參數(shù)選取合理。三維有限元模型基礎(chǔ)板沉降建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research周邊罐體對罐基礎(chǔ)沉降的影響以6號發(fā)酵罐為例，分別建單獨(dú)考慮6號發(fā)酵罐和考慮周邊罐體對6號發(fā)酵罐影響的三維有限元模型。通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，不考慮周邊罐體影響時(shí)，6號罐最小沉降112

mm、最大沉降158

mm、平均沉降137mm，考慮周邊罐體影響時(shí)，6號罐最小沉降122mm、最大沉降172mm、平均沉降

150mm，周邊罐體的存在會對罐體沉降產(chǎn)生一定的影響。單罐考慮其他罐體建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research計(jì)算結(jié)果匯總1號罐2號罐3號罐4號罐5號罐6號罐7號罐8號罐建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research計(jì)算結(jié)果匯總計(jì)算結(jié)果匯總表直徑方向整體傾斜量罐周邊不均勻沉降基礎(chǔ)最大沉降量基礎(chǔ)最小沉降量基礎(chǔ)平均沉降量罐體編

號（mm）s/L（mm）（mm）（mm）罐01罐020.00015D0.00009D0.00018D0.00036D0.00015D0.00037D0.00030D0.00015D0.000470.000350.000470.000590.000590.000590.000470.00047157160155164165172167157116117114116120122121113137139133143140150142137罐03罐04罐05罐06罐07罐08建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research建議（1）罐基礎(chǔ)采用天然地基方案時(shí)，地基承載力計(jì)算考慮深度修正影響方可滿足要求，建議場地須整平至183.700m標(biāo)高后再進(jìn)行基坑開挖，且平整場地需碾壓密實(shí)，滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。（2）基礎(chǔ)開挖過程中，若基槽底部存在雜填土、軟弱土等不符合設(shè)計(jì)要求的情況，應(yīng)采用換填法回填級配砂石處理。若基槽邊緣存在雜填土或軟弱土?xí)r，應(yīng)根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ

79-2012）中換填材料的壓力擴(kuò)散角算出墊層寬度，并根據(jù)當(dāng)?shù)赝练介_挖經(jīng)驗(yàn)放坡，以保證基礎(chǔ)傳來的上部結(jié)構(gòu)重量有效擴(kuò)散到持力層上。（3）為減小罐體后期使用時(shí)的沉降及差異沉降，建議在罐體做充水試驗(yàn)時(shí)采用充水預(yù)壓的方式，分級充水，每級荷載下沉降穩(wěn)定后在進(jìn)行下一級充水，直到充水至最大高度。（4）本工程在施工及使用過程中應(yīng)進(jìn)行沉降觀測，沉降觀測應(yīng)從基礎(chǔ)底板施工完畢時(shí)開始，直至沉降穩(wěn)定為止。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research1234有限元在巖土工程中的應(yīng)用情況有限元在基坑工程中的應(yīng)用CONTENTS目

錄有限元在地基基礎(chǔ)沉降分析中的應(yīng)用有限元在樁基施工影響分析中的應(yīng)用建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research工程概況浙江某小區(qū)1#樓、2#樓、4~6#樓南側(cè)緊鄰有軌電車。其中1#、5#和6#樓為地上5層、局部地下1層，裙房地上1層的住宅樓，高度為22.25m，2#樓和4#樓為地上7層、局部地下1層，裙房地上1層的住宅樓，高度為28.25m。建筑總長度約220m，寬約14m，總建筑面積為14676.43㎡。結(jié)構(gòu)體系為異形柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為預(yù)應(yīng)力離心混凝土空心方樁。小區(qū)2017年竣工后業(yè)主陸續(xù)入住，2020年8月8日~9月1日有軌電車一期PHC管樁施工期，相關(guān)部門接到了業(yè)主投訴居住房間存在開裂現(xiàn)象。（a）

樓板南北向裂縫（

）

陽臺區(qū)域抹灰層開裂（d）

客廳吊頂石膏線節(jié)點(diǎn)開裂bc（

）

構(gòu)造柱和梁連接處有開裂情況建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research檢測評估流程1）對委托方提供的相關(guān)工程資料進(jìn)行整理分析；2）結(jié)合項(xiàng)目需要，在現(xiàn)場開展踏勘、檢測（含入戶調(diào)查）等工作；3）對踏勘、檢測等工作形成的成果和已有監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，開展受委托建筑物結(jié)構(gòu)受力變形、地基基礎(chǔ)承載力、建筑物沉降等驗(yàn)算分析；4）基于軌道交通樁基施工資料、建筑物現(xiàn)場檢測監(jiān)測、有限元分析等資料的分析，評估樁基施工對受委托建筑物的影響；5）綜合以上分析對受委托建筑物現(xiàn)狀進(jìn)行安全評估，對建筑物裂縫進(jìn)行分析，并針對建筑物裂縫等提出處理建議，對建筑物后續(xù)的使用提出處理措施。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research巖土工程條件樁基持力層為④

砂質(zhì)粉土和⑥

黏土聯(lián)合持力層，樁端進(jìn)入持力層不小于5m或5.5m。311/2號樓，19m；4號樓18m；5/6號，15m場區(qū)勘探深度以淺地下水主要為淺部孔隙潛水和深部承壓水，孔隙潛水主要賦存于淺部①、②、②

、③

、③

層土中。勘察期間鉆孔附近挖坑測得的穩(wěn)定潛水位標(biāo)高在0.88-1.46m之間。④

層、⑦

層、a1232⑩2層粉性土中賦存微承壓水和承壓水，水位標(biāo)高一般在-1.00~0.00m左右。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research現(xiàn)場監(jiān)測情況從上述沉降數(shù)據(jù)可以看出，1#樓、2#樓、4-6#樓沉降變化趨勢在0附近上下波動(dòng)起伏，無突變情況。截止2020年11月24日周邊建筑物沉降累計(jì)量在-1.07~1.11mm之間，各測點(diǎn)沉降速率收斂。從上述沉降數(shù)據(jù)可以看出，1#樓、2#樓、4-6#樓周邊地表沉降變化趨勢在0附近上下波動(dòng)起伏，無突變情況。截止2020年10月28日周邊建筑物沉降累計(jì)量在-1.71~1.47mm之間，各測點(diǎn)沉降速率收斂。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research住宅現(xiàn)狀調(diào)查建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research住宅現(xiàn)狀調(diào)查建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司ChinaAcademyof

BuildingResearch住宅現(xiàn)狀調(diào)查根據(jù)委托方提供的PKPM模型對1#、2#、4-6#樓的承載力及沉降進(jìn)行驗(yàn)算。各樓的沉降量均較小，在2~3cm左右，且承臺間的差異沉降也很小，均滿足規(guī)范要求各樓的樁頂最大反力均滿足樁基規(guī)范5.2.1條根據(jù)結(jié)構(gòu)、建筑施工圖，在不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)有損傷情況下。采用中國建筑科學(xué)研究院有限公司檢測評定軟件JCPD

V2.0建立結(jié)構(gòu)分析模型，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。承載力驗(yàn)算結(jié)果整理如下：1）混凝土柱承載力該建筑各層柱的承載力均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。2）混凝土梁承載力該建筑各層梁的承載力均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。3）頂板承載力該建筑各層頂板承載力均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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Research管樁施工擠土效應(yīng)分析解析解根據(jù)輕軌靜壓樁施工資料和現(xiàn)場測量結(jié)果，得到樁間距依次為1.7m、4.4m和1.7m，樁外0.5m到1#~6#樓距離為33m~35m，壓樁順序選取最不利壓樁順序，即建筑物在樁的迎樁面，具體見下圖所示。周邊環(huán)境影響從下圖中紅點(diǎn)開始統(tǒng)計(jì)。樁間距影響系數(shù)取20。建筑云聯(lián)盟中國建筑科學(xué)研究院有限公司China

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