利用ABAQUS有限元模拟超深基坑方案
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大型深基坑开挖的有限元分析郑军;余绍锋【摘要】研究了高铁济南西客站站房及配套工程的大型深基坑开挖问题.首先根据基坑施工的特点,建立基坑开挖问题的力学模型.通过现场勘察与土工试验资料,选定用Mohr-Coulomb模型模拟土体的弹塑性性质.采用ABAQUS软件实现基坑分步开挖过程的分析,揭示了复杂深基坑工程中的受力和变形规律,并给出了一些数值算例.%The excavation for deep foundation pits of Ji'nan West Railway Station and its auxiliary projects were studied in this paper. Based on the construction project of foundation pit, a mechanic model for excavation was firstly proposed. Then the Mohr-Coulomb model was used to simulate the elastoplastic property of soil by site investigations and soil test datas. The ABAQUS software was used to analyse the process of stepped excavation for the foundation pit. The results show the rules of force and deformation of complicated deep excavations. Finally, some numerical examples were given.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2012(028)005【总页数】4页(P124-127)【关键词】深基坑;莫尔-库仑模型;分步开挖;有限元分析【作者】郑军;余绍锋【作者单位】中铁十二局集团建筑安装工程有限公司,太原030024;同济大学土木工程学院建筑工程系,上海200092【正文语种】中文1 引言京沪高速铁路是我国铁路建设上最重要的工程之一,高铁济南西客站站房及配套的地铁一号线是其重要的组成部分。
基于ABAQUS基坑支护数值模拟与实测数值研究引言在城市建设过程中,基坑支护是一个重要的工程问题。
基坑支护结构的设计和施工质量直接关系到周边建筑物的安全和城市的整体稳定。
对基坑支护结构的设计和施工过程进行深入研究是非常有必要的。
目前,随着计算机技术的快速发展,数值模拟已经成为研究基坑支护工程的重要手段之一。
本文将基于ABAQUS软件进行基坑支护数值模拟,并结合实测数据进行研究。
一、基坑支护结构的数值模拟基坑支护结构主要包括支撑桩、土壤压力墙、锚杆等,通过它们的协同作用来抵抗地下水压力和土体的侧压力,保护基坑周围建筑物的安全。
为了了解这些结构在实际工程中的受力情况,我们可以通过数值模拟的方法建立模型。
ABAQUS软件是一款非常强大的有限元分析软件,可以用来模拟各种工程结构的受力情况,包括基坑支护结构。
1.1 模型建立我们需要根据实际工程条件建立基坑支护的数值模拟模型。
这包括基坑的几何形状、土质参数、支撑桩和压力墙的布置等。
在建模过程中,需要考虑土体与支护结构之间的相互作用,以及地下水的影响等。
根据实际情况,选择合适的有限元模型和边界条件,以保证模拟的准确性。
1.2 受力分析建立了基坑支护的数值模拟模型后,我们可以对其进行受力分析。
这包括土体的变形情况、支撑桩和压力墙的受力情况等。
通过分析模拟结果,可以了解各个结构的受力情况,找出可能存在的问题,并提出相应的改进措施。
1.3 模拟验证完成受力分析后,我们还需要对模拟结果进行验证。
可以通过实测数据和现场观测来与模拟结果进行对比分析,以验证模拟的准确性。
如果模拟结果与实测数据相符,那么我们可以认为模拟结果是可信的,从而可以为工程设计和施工提供参考依据。
二、基坑支护结构的实测研究在进行基坑支护结构的实测研究时,我们主要关注基坑支护结构的变形情况、支撑桩和压力墙的受力情况等。
这些数据对于评估基坑支护结构的施工质量和安全性具有重要意义。
2.1 变形监测通过在基坑周围设置变形监测仪器,可以实时监测土体和支护结构的变形情况。
基于ABAQUS的深基坑变形和内力三维有限元分析摘要:本文重点讨论了基于ABAQUS的深基坑变形与内力三维有限元分析。
首先,通过详细介绍ABAQUS有限元模型,展示了ABAQUS在地下建筑运行期间所受外部应力和岩体力学参数之间的相互关系,说明了ABAQUS作为一种强大的工具在精确计算深基坑变形和内力方面的优势。
然后,本文提出了一种基于ABAQUS的深基坑变形与内力三维有限元分析的构建过程。
根据实际地质条件和工程要求,设置模型材料属性、地坪模型及基坑的建议支护形式,确定等效参数,建立有限元分析模型,以及控制支护状态和定量分析基坑变形及内力情况。
最后,本文分析了基于ABAQUS的深基坑变形和内力三维有限元分析对支护设计和施工管理的重要性,为深基坑变形和内力分析提供了一个参考模型。
关键词:ABAQUS;深基坑;变形;内力;有限元分析模拟分析方法可以在建设预算和限制条件下,准确预测基坑的变形和内力并实现施工进度预测。
ABAQUS有限元分析可以用于预测基坑工程的变形和内力。
ABAQUS中所使用的Non-Linear Finite Element Analysis (NLFEA)可以帮助衡量基坑和紧固件/支护系统之间的耦合效应,从而预测基坑变形和内力的发展情况。
NLFEA的分析过程可以模拟基坑的变化,并且可以做出基坑变形和内力随着时间的发展情况。
此外,ABAQUS还提供了用于模拟深基坑变形和内力分析的可视化工具,用于识别基坑内部变形和内力分布情况。
通过三维有限元分析建模来研究基坑变形,可以更准确的评估现有的三维施工工艺对基坑变形的影响,可以为后续支护施工提供有效的参考。
例如,可以模拟基坑拱顶和侧壁的变形,以准确评估支护参数、材料组合和施工工艺的有效性。
也可以根据施工进度和支护状态,调整预测模型中的等效参数,实时估算基坑内部变形和内力,从而确保支护结构稳定和安全。
三维有限元分析可以更准确和有效的预测基坑性质,并有助于确定最佳的支护方式。
ABAQUS 软件在深基坑开挖模拟中的应用研究□文/吕亚东林淋蒋进【摘要】:随着高层建筑的增多和城市化进程的加速,基坑工程设计与实践变得越趋复杂。
针对传统基坑开挖模拟简化方法局限性,文章以实际工程为例,使用ABAQUS 有限元软件,运用软化模量法与收敛约束法模拟基坑开挖过程中的应力释放。
输出基坑的地表沉降变形数据、侧向水平变形数据以及基坑隆起变形的数据并结合现场的施工情况给出了相关的措施建议。
【关键词】:深基坑;开挖;软化模量法;ABAQUS 软件;收敛约束法;应力释放随着基坑工程的日益复杂,采用合理的方法分析深基坑施工对周边环境的影响具有深刻的现实意义。
在实际工程中,基坑开挖施工步骤十分复杂,受到各种因素的制约,施工灌浆、开挖、加支护等流程的时间相对较长[2]。
开挖的过程是应力释放[1];若在开挖模拟中不能将单元模量适当降低或将节点力适当减小,则模拟出的结果与实际情况是不符。
目前国内大多模拟基坑开挖的研究中均未考虑应力释放的问题,本文实际工程,运用大型商用计算软件ABAQUS,采用软化模量法及收敛约束法两种方法[3~4]模拟开挖过程中土体应力的释放,为合理优化基坑开挖的数值模拟方法提供理论参考。
1工程概况拟建场地位于哈尔滨市道外区,地下建筑面积为118800m 2,地下3层,埋深约-15.0m。
建筑物平面呈矩形。
地下水稳定埋深为自然地面下4.60~6.50m,绝对标高113.30~115.31m。
2数值计算分析2.1二维模型建立由于本工程中基坑规模过大,考虑计算机的计算能力、计算时间等因素,将整个基坑模型进行简化分析处理,截取AB 段面建立二维模型[4]。
见图1。
选用参数较少的Mohr-Coulomb 弹塑性本构模型,土的Mohr-Coulomb 破坏条件可以表达为F =q -3p sin φ+3c cos φ3cos θσ-sin θσsin φ=0(1)式中:p 、q 分别为平均应力、广义偏差应力;θσ为应力Lode 角;c 、φ与分别为土的黏聚力、内摩擦角。
2021基坑支护结构水平变形分析中ABAQUS有限元软件的应用范文 摘要:文中以湖南某深基坑为例,通过ABAQUS有限元模拟了初始应力、更改初始应力、堆土反压、增加预应力锚杆等工况,实测数据和模拟数据进行对比,分析了桩锚支护的变形规律,建立正确的模型,通过预测来指导后续的安全施工,取得了良好效果。
关键词:深基坑;有限元; 分析; ABAQUSFinite Element Analysis of Deep Foundation Pit Deformation JiaRuichen Zhen Jinglian HunanHigh Speed Railway Vocational and Technical College Abstract:Inthis paper, taking a deep foundation pit in Hunan Province as an example, through ABAQUS finite element simulation of initial stress, change of initial stress, soil back pressure, increase of prestressed anchor rod and other working conditions, the measured data and simulation data are compared, the deformation law of pile anchor support is analyzed, the correct model is established, and the follow-up safety construction is guided by prediction, and good results are achieved. 由于设计、施工不当导致基坑失稳以致倒塌,为了避免安全事故的发生,本文采用ABAQUS有限元软件来通过实测数据和模拟数据进行对比,建立正确的模型,预测结果指导后续的施工,避免了类似基坑事故的发生。
利用ABAQUS有限元模拟超深基坑方案摘要:ABAQUS有着强大的岩土本构,非常适合于岩土工程研究,可以考虑固结、渗流、稳定、开挖、填方、(温度、应力、渗流等)耦合、地震分析等众多问题。
对于超深基坑复杂应力及地下水模拟有着较好的优势,是一种比较成熟的有限元分析软件。
关键字:有限元分析;超深基坑;ABAQUSAbstract: ABAQUS has a strong geotechnical constitutive, very suitable for geotechnical studies, consider consolidation, seepage, stability, excavation, fill, (temperature, stress, seepage, etc.) coupled seismic analysis and many other issues. For the ultra-deep pit and groundwater modeling complex stress has a good advantage, is a more sophisticated finite element analysis software.Keywords: finite element analysis; ultra-deep pit; ABAQUS一、引言ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟有限元软件,解决从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。
ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。
拥有各种类型的材料模型库,有着强大的岩土本构,非常适合于岩土工程研究。
本方案有限元模型来源为上海某地铁科研监测的轨道交通0号线路某车站。
车站为地下三层岛式车站,车站主体为双柱三跨结构。
车站结构长157.2m,标准段宽22.8m。
车站地下连续墙厚1000mm,墙深52m。
天津市于家堡超大深基坑工程有限元模拟分析随着我国城市建设的发展,基坑工程的规模正在朝着更深更大发展,本文在查阅大量文献资料,研究学习有关基坑工程的研究进展以及基本原理的基础上,针对天津于家堡400*250m的超大深基坑工程做了如下几方面的研究工作。
⑴本文以实际工程为背景,采用Abaqus有限元分析方法,证明了采用钢筋混凝土排桩按照抗弯刚度相等的原则等效为地下围护桩墙在有限元分析中的适用性。
同时,在本基坑中考虑残余应力系数的分析证明了在这类深基坑工程的数值模拟中考
虑残余应力的重要性。
⑵通过数值模拟和实测数据都可以看出,围护结构的水平位移受到基坑中阴角和阳角的共同作用而呈现出空间特性,在各个位置,以阴角和阳角的连线处的水平位移最小,从该位置向两边呈增大趋势。
并且,在本基坑的拐角中,阴角顶端位移要小于阳角。
由于本基坑属于深大基坑,两处阳角都属于一边距离基坑边界较远,一边则距离阴角较近。
⑶基坑开挖后支撑体系普遍处于轴向受力状态,基坑角部及对撑的两端周边的桁架杆件弯矩值较大,施加支撑以后第二步土方开挖引起的桩身侧移呈“弓”形,开挖引起桩身的进一步发展。
桩身侧移最大点基本位于桩顶以下10米的位置处。
对于本文中的大型基坑来说,基坑中间部位的空间效应会很弱,桩身侧移发展最大,应该值得重视。
⑷本文同时证明了利用数值分析可以较为详细地模拟周围地表沉降趋势。
随着开挖深度的增加,对周围地表沉降的影响范围也逐渐增大,周围地表沉降最大量也有明显的增大趋势,并且大部分都在距离坑壁的6~10m处达到最大值。
建筑工程超深基坑及深基坑变形有限元分析摘要:本文结合天津嘉里中心二期基坑工程,进行基坑开挖施工工程的数值模拟,将模拟结果与工程实测数据比较,并分析不同因素对地下连续墙侧向变形的影响,为今后的工程实践提供一些借鉴。
关键词:建筑工程;超深基坑;有限元分析1基坑开挖施工情况天津嘉里中心二期办公楼灌注桩直径900mm,公寓灌注桩直径800mm,裙房灌注桩直径800mm,地下车库灌注桩直径600mm。
情况1:在地下室连续墙、桩基础的浇筑完成后,开展地基土体夯实浇筑和降水管井的浇筑工作,预降雨20d。
情况2:按1∶2的坡度由北往南放坡挖,从自然地面至B零板支撑地底,挖掘深度4.10m。
情况3:严格把控制垫板高度,将表面压光并铺隔离层,当垫板强度达到百分之八十时浇筑地下室第一层结构底板和临时封闭底板,各结合部位留出箍筋,并留出混凝土浇筑孔。
情况4:待砼强度到达百分之一百时,完成下层地基的施工,按1∶2的坡度盆式挖至-12.350高度,随挖随浇筑砼垫板。
情况5:按划片式捆扎的排架结构,浇筑地下室一层结构顶板B1板、临时支护和内衬墙体。
箍钢筋留出,并按照围护设计确定后留出相应的专业孔洞,并连接预埋件,留出混凝土浇筑孔。
情况6:待砼强度到达百分之八十后,实施下一级的土方施工,在基坑周围按-12.350高度位置设置的一级平台,按1∶2斜度放坡施工至-13.150高度,随挖随砼混凝土基础垫层。
情况7:砼垫层强度到达百分之八十后,敷设隔离层,施工第一道临时支撑和内衬墙。
箍筋保留,并留出砼浇注孔。
情况8:待砼施工强度到达百分之八十后,开始下部土的施工,地基周围在-15.250高度部位设有一层网络平台,按1∶2的斜坡盆式挖掘至-19.750高度,随挖随浇筑砼垫板。
情况9:分块铺设排架,浇筑地下二层结构梁板B二板及构件缺失部砼的临时支护,箍筋保留,并根据构造围护设计确定后留出各专业孔洞,焊接预埋件,并留出砼浇注孔。
情况10:待砼施工强度到达百分之八十后,开始下部土的施工,地基周围在-19.750高度部位设有一层网络平台,按1∶2的斜坡盆式挖掘至-20.570高度,随挖随浇注砼垫板。
基础与结构工程::Foundation&Structure Engineering 基于ABAQUS模拟基坑变形及工程分析姜华(中铁十八局集团有限公司第三工程有限公司,河北涿州072750)摘要:对某地铁基坑进行了受力分析,得到了变形曲线规律。
并进一步建立ABAQUS有限元模型,分析了不同关键点的地下连续墙平形和邻近建筑的沉降形,探讨了内坑存在的情况下,内外坑围护结构的形关系。
关键词:基坑;受力'变形;ABAQUS;分中图分类号:TU941文献标志码:B6章编号:1009-7767(2020)06-0259-04Simulation of Deformation Foundation Pit and Engineering AnalysisBased on ABAQUSJiang Hua(The Third Engineering Co.,Ltd.of China Railway18th Bureau Group Co.,Ltd.,Zhuozhou072750,China)Abstract:Based on the stress analysis of the subway foundation pit,the deformation curve was obtained.The finite element model based on ABAQUS was established to analyze the horizontal deformation of the diaphragm wall at different key points and the settlement deformation of adjacent buildings.The deformation relationship between the inner pit and the outer pit retaining structure was discussed and analyzed when there was an inner pit.Key words: foundation pit;force;deformation;ABAQUS;analysis坑中坑式基坑的出现是由于在大基坑内部进行了二次或者多次开挖,造成基坑出现深度差异的基坑现象。
基于ABAQUS基坑支护数值模拟与实测数值研究一、引言在城市建设和地下工程中,基坑支护是一项非常重要的工程技术。
基坑支护的稳定性和安全性直接影响到周边建筑物和地下设施的安全。
对基坑支护的稳定性和安全性进行数值模拟和实测研究具有重要意义。
本文利用ABAQUS软件进行基坑支护数值模拟,并结合实测数据进行研究,以深入探讨基坑支护的稳定性和安全性问题。
二、基坑支护的数值模拟方法1.基坑支护的工程背景基坑支护是地下建筑施工中用于保证基坑稳定和安全的一种工程措施。
在实际的工程施工中,通常会采用钢支撑、混凝土搅拌桩、挡土墙等方式来对基坑进行支护。
这些支护措施的设计和施工需要考虑到土体的力学性质、支护结构的受力特点以及地下水位等因素,基坑支护的稳定性和安全性问题成为了工程中的重要研究内容。
2.数值模拟的基本原理数值模拟是利用计算机软件对工程问题进行仿真分析的一种方法。
在基坑支护的数值模拟中,通常可以采用ABAQUS有限元分析软件。
ABAQUS软件可以对基坑支护结构的受力情况进行模拟,并且可以考虑复杂的边界条件和土体的非线性力学性质,因此非常适合用于基坑支护的数值模拟研究。
3.基坑支护数值模拟的步骤基坑支护数值模拟的步骤包括:建立基坑支护的有限元模型、设置边界条件和加载条件、进行仿真计算和分析结果。
需要根据实际工程情况,建立基坑支护的有限元模型,包括土体、支护结构和地下水等。
然后,设置相应的边界条件和加载条件,例如土压力、地下水压力等。
进行仿真计算,得到基坑支护结构的受力情况,分析支护结构的稳定性和安全性。
三、基坑支护数值模拟与实测数据的对比分析1. 实测数据的采集方法在实际工程中,可以通过钻孔、土壤采样、张力计等方式对基坑支护结构进行实测。
通过对土体应力、位移、变形等参数的实测,可以获取基坑支护结构的实际受力情况和变形情况。
2. 实测数据与数值模拟结果的对比分析将实测数据与数值模拟结果进行对比分析,可以验证数值模拟的准确性和可靠性。
基于ABAQUS软件对苏州某大型基坑监测的模拟与分析基于ABAQUS软件对苏州某大型基坑监测的模拟与分析摘要:本文基于ABAQUS软件,对苏州某大型基坑的监测进行了模拟和分析。
通过建立基坑模型、施加荷载等操作,模拟了基坑的变形与变化,对基坑的变形情况进行了分析,并提出了相应的优化建议。
1. 引言基坑的施工过程中,由于土壤的移动和变形等因素的影响,可能会对周围环境和结构安全造成一定的影响。
因此,对于基坑的监测与分析是非常重要的。
本文选取了苏州某大型基坑为研究对象,基于ABAQUS软件进行了基坑模拟和分析,旨在提供一种可行的方法和参考,为基坑工程的施工与监测提供支持。
2. 建立基坑模型首先,根据实际情况,我们建立了苏州某大型基坑的三维模型。
该模型包括了基坑的土体材料、支撑结构等要素,并根据地质勘探数据和设计参数确定了土体的物理力学参数。
在建模过程中,我们采用合适的单元类型和网格划分,并考虑了不同部位的不同材料参数。
3. 施加荷载并模拟监测在基坑模型建立完成后,我们根据实际施工情况,对模型进行了荷载分析。
考虑到基坑施工中会存在的土体挖掘、支撑结构的施工等过程,我们给予了相应的荷载,并进行了时间序列的分析。
4. 基坑变形与变化分析通过ABAQUS软件的仿真分析,我们得到了基坑在施工过程中的变形与变化情况。
基于模拟结果,我们对基坑的位移、沉降、变形等方面进行了详细的分析,并利用图表和数据进行了展示。
同时,我们还对基坑周边环境和结构的安全性进行了评估,以提供基坑工程的参考意见。
5. 优化建议与措施根据基坑模拟和分析结果,我们提出了一些针对性的优化建议与措施。
首先,针对基坑的土体参数,我们可以通过合理的加固措施来提高土体的承载力和稳定性。
其次,对于支撑结构,我们可以优化结构设计,加强其刚度和承载能力。
此外,还可以考虑加大土体灌浆量等手段,提高支撑效果。
6. 结论本文基于ABAQUS软件对苏州某大型基坑进行了模拟与分析。
基于ABAQUS基坑支护数值模拟与实测数值研究摘要:基坑支护在地下工程中是一项非常重要的工程技术,为了保证基坑的稳定和安全,工程师们经常使用数值模拟来预测基坑支护结构的受力和变形情况。
本文利用ABAQUS 软件对基坑支护进行了数值模拟,并通过实测数据进行了验证。
研究结果表明,数值模拟与实测数据吻合良好,证明了ABAQUS在基坑支护数值模拟中的可靠性和准确性。
1.引言基坑支护是地下工程中的一项重要技术。
在城市建设中,地下空间的利用越来越广泛,因此基坑支护工程也变得越来越重要。
基坑支护的稳定性和安全性直接影响着地下工程的施工和使用。
为了保证基坑支护结构的稳定和安全,工程师们常常需要进行数值模拟来预测基坑支护结构的受力和变形情况。
ABAQUS是一款由达索系统公司开发的有限元分析软件,广泛应用于土木工程、机械工程等领域。
它可以通过有限元分析方法来模拟复杂的结构,预测结构的受力和变形情况。
在基坑支护数值模拟中,ABAQUS可以模拟土体和支护结构的相互作用,进而预测基坑支护的受力和变形情况。
2.基坑支护的数值模拟原理基坑支护的数值模拟是利用有限元分析方法,通过数学模型来描述和预测基坑支护结构的受力和变形情况。
在基坑支护的数值模拟中,通常需要考虑土体的力学特性、支护结构的刚度和荷载等因素。
有限元分析方法将支护结构和土体分割成许多小单元,然后通过求解各个单元的受力平衡方程和变形方程,来预测整个结构的受力和变形情况。
在基坑支护的数值模拟中,土体模型的选择是至关重要的。
土体通常被描述为一种弹塑性体,可以根据土体的压缩、剪切和弯曲特性,来确定土体的本构模型。
常用的土体本构模型有Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型等。
这些本构模型可以用来描述土体的应力-应变关系,并与支护结构相耦合,进行数值模拟。
支护结构的刚度和荷载也是进行基坑支护数值模拟时需要考虑的因素。
支护结构通常由混凝土墙、钢支撑等构件组成,通过设置节点和单元来描述支护结构的几何形状和材料特性。
基于ABAQUS基坑支护数值模拟与实测数值研究【摘要】本文基于ABAQUS软件进行基坑支护数值模拟与实测数值研究,深入探讨基坑支护设计原理与方法,分析ABAQUS软件在基坑支护中的应用。
通过建立基坑支护数值模拟模型,结合实测数据进行对比分析,验证模拟结果的准确性。
研究结果对比分析显示,模拟结果与实测数据吻合度较高,为基坑支护设计提供了可靠的依据。
工程应用前景展望指出基坑支护数值模拟在工程实践中的重要性,提出进一步优化基坑支护设计的建议。
综合研究总结了基坑支护数值模拟与实测数值研究的关键问题和挑战,为未来相关研究提供了参考。
通过本文的研究,对基坑支护领域的发展具有重要意义。
【关键词】关键词:基坑支护、ABAQUS软件、数值模拟、实测研究、建模、结果对比分析、验证、工程应用、展望、总结。
1. 引言1.1 研究背景基坑支护是土木工程领域中的重要技术之一,它在城市建设和各类工程项目中起到了至关重要的作用。
基坑支护的设计和施工质量直接影响到工程的安全性和稳定性。
随着城市化进程的加快和人口密集度的增加,基坑支护工程越来越受到工程技术人员的重视。
传统的基坑支护设计和施工过程中存在着一些问题和挑战,比如基坑围护结构的稳定性、地下水位对基坑支护的影响等。
为了提高基坑支护工程的质量和效率,需要进行深入的研究和探讨。
目前,基于ABAQUS软件的基坑支护数值模拟技术已经成为研究的热点之一。
通过数值模拟,可以更加全面地了解基坑支护工程中的各种力学行为和变形特性,为工程设计和施工提供科学依据。
本文将基于ABAQUS软件进行基坑支护数值模拟与实测数值研究,以期为基坑支护工程的发展和应用提供有力的支持和指导。
1.2 研究目的,标点符号等。
本文旨在通过基于ABAQUS软件进行基坑支护数值模拟与实测数值研究,探讨基坑支护设计原理与方法,分析ABAQUS软件在基坑支护中的应用,并建立基坑支护数值模拟建模方法。
通过对基坑支护实测数值研究,验证模拟结果的准确性,进一步分析模拟与实测结果的对比,为基坑支护设计提供理论依据和实际指导。
利用ABAQUS有限元模拟超深基坑方案
摘要:ABAQUS有着强大的岩土本构,非常适合于岩土工程研究,可以考虑固结、渗流、稳定、开挖、填方、(温度、应力、渗流等)耦合、地震分析等众多问题。
对于超深基坑复杂应力及地下水模拟有着较好的优势,是一种比较成熟的有限元分析软件。
关键字:有限元分析;超深基坑;ABAQUS
Abstract: ABAQUS has a strong geotechnical constitutive, very suitable for geotechnical studies, consider consolidation, seepage, stability, excavation, fill, (temperature, stress, seepage, etc.) coupled seismic analysis and many other issues. For the ultra-deep pit and groundwater modeling complex stress has a good advantage, is a more sophisticated finite element analysis software.Keywords: finite element analysis; ultra-deep pit; ABAQUS
一、引言
ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟有限元软件,解决从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。
ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。
拥有各种类型的材料模型库,有着强大的岩土本构,非常适合于岩土工程研究。
本方案有限元模型来源为上海某地铁科研监测的轨道交通0号线路某车站。
车站为地下三层岛式车站,车站主体为双柱三跨结构。
车站结构长157.2m,标准段宽22.8m。
车站地下连续墙厚1000mm,墙深52m。
标准段基坑开挖深度约24.3m,端头井基坑开挖深度约26m。
二、有限元模拟内容
1、基坑开挖变形及土体位移场
基坑开挖会使得围护结构产生变形,围护结构的变形就会带动墙后土体位移的变化。
而围护结构的位移主要受到以下一些因素的影响。
1支撑刚度与墙体刚度
根据不同墙体厚度下地下连续墙在最后施工工况下的位移可知,当围护墙厚度从0.6m增加到1.0m时,围护墙的水平位移明显减小,可见适当增加墙体厚度可以有效减小墙体的水平位移,但当墙厚增加到一定程度时,再通过增加墙体厚
度来减小位移作用不大。
同理,当支撑刚度过度增大,其效果也逐渐减弱,本方案也将着重找到针对超深基坑支撑与墙体刚度之间的最优化方案。
拟采用二维有限元模拟。
2围护结构插入深度
在上海这样的软土地区的一般基坑,插入比一般都会达到0.8左右,但是对于超深基坑,墙体插入比如果仍然采用0.8这样的标准是不合理也是不经济的。
因此研究超深基坑的合理插入深度是十分必要的。
模型将主要采用二维模型进行插入深度的模拟。
3开挖、支撑工况
刘建航院士为首的课题组从国内软土地区,特别是上海地区近十年来在深基坑的施工实践和试验研究成果中认识到:在深基坑开挖及支撑过程中,开挖面无支撑暴露时间、开挖速度、开挖顺序等时间因素以及基坑每步开挖土方的大小、深度等空间因素对基坑支护结构及周围土体的变形有一定的相关性,明确地提出了时空效应的概念[1]。
在上海十多年来的一般深基坑实践当中,已经积累很多开挖、支撑工况对于围护结构变形所产生影响的经验,所以在此次模拟中将只把开挖深度超过20m 以上深度的基坑做为研究对象。
4施工工法对比(逆作法和顺作法)
在已有的地铁车站的施工建设中,顺作法是常用的施工方法,具有施工作业面多、工程造价低等特点。
一般深度的基坑在条件允许的情况下都会优先采用顺作法。
但在市中心深度超过20m的基坑,由于基坑安全性和环境保护的要求更多的采用了逆作法施工。
但逆作法施工代价高,工期长。
由于上海地区软土呈现出明显的流变特性,所以在较长的工期内内墙体位移仍然会缓慢的增大。
在4号线董家渡修复工程中,虽然挖土深度接近40m,但是墙体变形并不比一般逆作法基坑大[2]。
这就使得我们考虑对于超深基坑,如果采用的钢支撑刚度更大(如采用双拼),预应力均按要求施加,是否也可以使得围护结构的变形控制在一个较小的范围内。
使得工期、经济性、环境保护达到最优化。
所以本次模型中将着重模拟当基坑深度达到20m以上时,采用不同工法对变形控制的能力。
将以二维模型计算为主要研究手段。
2、坑底、立柱隆起与承压水模型
基坑开挖的过程是基坑开挖面上土体卸荷的过程,由于卸荷引起基坑坑底土体产生以向上为主的位移。
当开挖深度不大时,坑底土体在卸荷后发生垂直的弹性隆起,其特征是坑底中部隆起最高,而且坑底隆起在开挖停止后很快停止,这种坑底隆起基本上不会引起围护墙外侧土体向坑内移动。
随着开挖深度的增加,
基坑内外的土面高差不断增大,就会使围护墙外侧土体产生向坑内的移动,使坑底土体产生向上的塑性隆起,其特点是两边大中间小,同时在基坑周围产生较大的塑性区,并引起地面沉降。
基坑内土方开挖的直接作用引起开挖面以下土层的隆起变形,坑底隆起引起立柱桩的上浮。
桩的上抬也促使桩端土体应力释放,桩端土体也产生隆起,桩也随之上抬,但上部结构的不断加荷以及变异性较大的施工荷载会引起立柱的沉降,可见立柱竖向位移的机理比较复杂。
在这一复杂机理的背后是立柱与土体的之间变形协调的问题,也即有限元模拟中的接触单元设定问题。
由此模拟的重点将会对立柱桩与土之间接触单元的调整。
同时由于坑底承压水头的作用,立柱也会发生较大的隆起变形。
所以在结合对坑底和立柱隆起的研究中,加入对承压水头的模拟。
通过软件对不同土层水头的设定,来分析在不同承压水头下坑底和立柱隆起的情况及其对围护结构变形的影响。
一般地铁基坑宽度较窄,而长度很大。
所以在宽度方向上的坑底隆起效应相较于纵向方向要弱。
同时立柱的隆起也呈现出中间大两头小的空间效应。
所以在本研究内容中,二维和三维的有限元模拟将交叉进行。
三、有限元模拟结果比对研究
对有限元模拟的结果将采用两种方式的研究方式:自身规律性的研究和与通过其他途径得到的结果的对比研究。
自身规律性的研究具体内容如上节中所述。
与其他结果的对比研究包括:
1、与实测的对比。
结合车站基坑进行的现场实验监测数据进行对比研究,耗时较长。
2、与经验公式的对比。
在上海近十几年的地下工程大规模建设中,积累相当多的经验,特别是对于一般的深基坑的相关经验。
有限元模型的计算结果将与这些已有的经验进行比较分析。
参考文献
1、刘爱华;黎鸿;罗荣武.时空效应理论在软土深基坑施工中的应用[J].地下空间与工程学报, 2010,3
2、江晓峰; 刘国彬; 张伟立; 李翔宇.基于实测数据的上海地区超深基坑变形特性研究[J]. 岩土工程学报, 2010,S2。