地鐵基坑開挖變形影響

精品文檔-下載后可編輯地鐵基坑開挖變形影響1三維有限元模型的建立

1.1有限元計(jì)算模型采用ANSYS有限元軟件對(duì)地鐵基坑及相鄰建筑基坑建立三維數(shù)值模型，取10m標(biāo)準(zhǔn)段作為計(jì)算寬度，基坑周圍土體及樁采用Solid45實(shí)體單元進(jìn)行模擬，樁土接觸部位采用接觸單元進(jìn)行模擬，鋼支撐采用桿單元進(jìn)行模擬。模型有限元網(wǎng)格見圖2。

1.2計(jì)算參數(shù)和邊界條件有限元模型假定水平方向指向建筑基坑為正，垂直方向向上為正，計(jì)算范圍水平方向取地鐵基坑遠(yuǎn)端圍護(hù)壁外側(cè)60m(約4倍基坑開挖深度)、建筑基坑近端圍護(hù)壁外側(cè)60m(約4倍基坑深度)，由于建筑基坑寬度較大，計(jì)算不考慮建筑基坑遠(yuǎn)端的影響;垂直方向取開挖面下45m(約3倍基坑深度)。模型側(cè)面均設(shè)法向約束，底部施加全約束。計(jì)算模型中灌注樁視為彈性材料，彈性模量25GPa，泊松比0.17，容重25kN/m3，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算中土體物理力學(xué)參數(shù)見表1。

1.3工況模擬為了分析不同間距情況下建筑基坑對(duì)地鐵基坑開挖變形的影響，選取兩基坑間距分別為10m、20m、30m、40m、50m共5種工況，結(jié)合地鐵基坑開挖的施工工序，對(duì)計(jì)算工況和步驟的定義見表2.不同的α、k在π平面上代表不同的圓(見圖3)。各準(zhǔn)則的參數(shù)換算關(guān)系見表3。

1.4屈服準(zhǔn)則有限元計(jì)算中巖土材料本構(gòu)模型采用理想彈塑性模型，計(jì)算結(jié)果與屈服準(zhǔn)則的選取密切相關(guān)。巖土工程中傳統(tǒng)的極限平衡法采用摩爾－庫侖準(zhǔn)則，但是由于摩爾－庫侖準(zhǔn)則的屈服面為不規(guī)則的六角形截面的角錐體表面，存在尖頂和菱角，給數(shù)值計(jì)算帶來困難。ANSYS軟件采用的廣義米賽斯準(zhǔn)則在π平面上為圓形，圓形在程序的編制上更容易實(shí)現(xiàn)，而且不存在尖頂處的數(shù)值計(jì)算問題，計(jì)算效率很高，目前被廣泛使用:ANSYS軟件采用的是摩爾－庫侖不等角六邊形外接圓屈服準(zhǔn)則(DP1)，研究表明，采用該準(zhǔn)則與傳統(tǒng)摩爾－庫侖屈服準(zhǔn)則的計(jì)算結(jié)果有較大誤差。本文采用了徐干成、鄭穎人(1990)提出的摩爾－庫侖等面積圓屈服準(zhǔn)則(DP3)代替?zhèn)鹘y(tǒng)摩爾－庫侖準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則在巖土工程有限元計(jì)算中具有較高的計(jì)算精度。

2計(jì)算結(jié)果分析

2.1地鐵基坑變形分析根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，隨著基坑的開挖，地鐵基坑兩端圍護(hù)壁均向內(nèi)側(cè)變形，變形值隨開挖深度的增加而增大，本文選取開挖完成后的情況進(jìn)行分析。開挖完成后實(shí)際工況20m間距基坑遠(yuǎn)端圍護(hù)壁變形6.65mm，近端圍護(hù)壁變形8.45mm，基坑底部隆起量為26.15mm，地鐵基坑變形見圖4、5。

2.2基坑間距的變形影響分析

2.2.1側(cè)向變形除實(shí)際工況20m基坑間距外，計(jì)算選取開挖完成后基坑間距為10m、30m、40m、50m進(jìn)行對(duì)比分析，地鐵基坑側(cè)向變形隨基坑間距的變化關(guān)系見圖6、7。從圖中可以分析得出:(1)隨著基坑間距的增加，地鐵基坑近端、遠(yuǎn)端圍護(hù)壁側(cè)向變形均逐漸減小，近端圍護(hù)壁最大側(cè)向變形從12.75mm減小到6.42mm，變化幅度為49.7%，遠(yuǎn)端圍護(hù)壁最大側(cè)向變形從6.85mm減小到5.89mm，變化幅度為14.0%，基坑間距的變化對(duì)地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形影響較大，間距為50m時(shí)，基坑近端、遠(yuǎn)端圍護(hù)壁的側(cè)向變形趨于相等;(2)基坑間距在10～30m范圍內(nèi)變化時(shí)，地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形與基坑間距大致成線性關(guān)系，基坑間距在30～50m范圍內(nèi)變化時(shí)，地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形隨其變化幅度逐漸減小(見圖8)。

2.2.2坑底隆起量基坑坑底隆起量與基坑間距之間的關(guān)系見圖9。從圖中可以分析得出(1)隨著基坑間距的增加，地鐵基坑坑底隆起量逐漸增大，從25.49mm增大到26.5mm，變化幅度為4.0%，基坑間距的變化對(duì)地鐵基坑坑底隆起量影響比對(duì)基坑側(cè)向變形的影響要小一些;(2)基坑間距在10～30m范圍內(nèi)變化時(shí)，地鐵基坑坑底隆起量與基坑間距大致成線性關(guān)系，基坑間距在30～50m范圍內(nèi)變化時(shí)，地鐵基坑坑底隆起量隨其變化幅度逐漸減小。

3結(jié)論

(1)隨著基坑間距的增加，地鐵基坑近端、遠(yuǎn)端圍護(hù)壁側(cè)向變形均逐漸減小，基坑間距較小時(shí)，地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形大于遠(yuǎn)端側(cè)向變形，基坑間距的變化對(duì)近端圍護(hù)壁的側(cè)向變形影響較大，至間距為50m時(shí)，地鐵基坑近端、遠(yuǎn)端圍護(hù)壁側(cè)向變形趨于相等;(2)隨著基坑間距的減小，地鐵基坑坑底隆起量逐漸減小，相鄰基坑開挖卸載，可以減小地鐵基坑坑底的隆起量，但基坑間距對(duì)坑底隆起量的影響比對(duì)基坑圍護(hù)壁側(cè)向變形的影響要小一些;(3)基坑間距在10～30m范圍內(nèi)變化時(shí)，地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形和坑底隆起量與基坑間距均大致成線性關(guān)系，基坑間距在30～50m范圍內(nèi)變化時(shí)，變化幅度明顯減小?？梢哉J(rèn)為已成建筑基