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深基坑开挖与支护的有限元数值分析
刘兰兰;李晓乐
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2016(000)002
【摘要】本文以鸿升深基坑工程为背景,针对基坑开挖过程中支护结构的变形及土压力的性状进行了研究,并运用GTS大型有限元软件对实际工程在分步开挖过程中的位移场、内力的分布进行了分析,为同类工程提供有意义的参考.
【总页数】1页(P4)
【作者】刘兰兰;李晓乐
【作者单位】长春建筑学院 130607;长春建筑学院 130607
【正文语种】中文
【相关文献】
1.深基坑开挖与支护的有限元数值分析 [J], 徐健
2.深基坑开挖与支护过程的平面有限元数值分析 [J], 冯永冰
3.深基坑开挖及支护对临近既有铁路高路堤边坡影响的有限元数值分析 [J], 张河
4.软土深基坑分区开挖顺序对支护桩及城轨隧道影响的数值分析 [J], 徐国元;邱蕴佳;刘启清
5.模拟深基坑开挖和支护全过程的有限元数值分析 [J], 徐杨青;王永宁;程杰林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
深基坑地下墙支护体系稳定性有限元分析摘要：以天津地铁某深基坑工程为例，对深基坑地下墙支护体系的稳定性进行有限元分析。
得出支护和支撑体系的各失稳模态及对应的稳定系数，并分析体系初始缺陷对体系稳定性的影响，得出体系为缺陷敏感性结构的结论。
同时调整相关参数，分析地下墙入土深度、地下墙插入深度范围内岩土性质、地下墙侧移刚度等因素对支护和支撑体系整体稳定性的影响，得出若干有益结论，为深基坑支护和支撑体系的设计和施工提供参考。
关键词：地下墙，支撑，稳定性，有限元分析，缺陷敏感性引言地下连续墙抗侧移刚度大、抗渗性能好，特别适用于软土地区深基坑工程。
基坑稳定验算是基坑支护设计的重要内容之一，一般进行边坡整体稳定、抗隆起稳定、抗渗流稳定等研究。
而实际上基坑支护和临时支撑体系的稳定性也是深基坑工程稳定问题的一个很重要的方面。
本文针对某一工程实例，利用大型通用有限元分析软件ANSYS进行三维数值模拟计算，研究支护体系和支撑体系在基坑开挖过程中本身的稳定性。
同时分析不同的工程参数如地下墙侧移刚度、插入深度、工程地质情况、临时支撑间距等对支护体系和支撑体系的稳定性的影响程度，为同类基坑工程的支护方案优化设计和施工提供参考和依据。
一、稳定性计算原理特征值分析用来预测一个理想线性结构的理论失稳强度，其控制方程为式中，为特征值，即工程中的失稳荷载系数；{ }为特征位移向量；[ ]为结构的线弹性刚度矩阵；[ ]为初始应力矩阵或几何刚度矩阵。
目前，几何非线性失稳问题的求解方法主要采用N-R法和弧长法。
对于基坑支护和支撑体系空间有限元模型，单元数目较多，结构自由度总数较大，前屈曲段N-R法比较容易收敛，弧长法则很难收敛；若要得到一个精确的失稳荷载，采用弧长法需不断修正弧长半径，耗时非常长。
稳定承载力分析主要关心的是结构的前屈曲段，后屈曲段主要作为安全储备。
因此，本文用N-R法进行几何非线性稳定计算。
二、工程背景及有限元建模1．工程背景天津市某地铁车站基坑全长311m，标准段深16.8m，明挖顺作法施工，即基坑开挖至坑底后，顺作车站底板、中板、顶板及侧墙和其它结构；分段开挖，每段开挖距离约30m；采用地下墙围护结构，地下墙厚800mm，标准段深29.4m；沿基坑深度方向设置5道支撑，第一道为混凝土支撑，其余为钢支撑。
基于有限元法对基坑支护的设计研究基坑支护是指在土方开挖过程中，为了保证施工安全和土方稳定性，需要采取一系列的措施来加固土方边坡和地下结构，防止土方滑塌和破坏。
有限元法是一种常用的工程设计方法，可以对基坑支护的设计进行研究和优化。
在基坑支护设计中，有限元法可以用于分析土体和结构的力学性能，预测土体的变形和应力分布，评估支护结构的稳定性和安全性。
有限元法通过将土体和结构离散为很多小单元，建立数学模型，利用数值计算方法求解边界值问题，得到土体和结构的力学响应。
基坑支护设计中的有限元分析主要包括以下几个步骤：1.建立模型：选择适当的有限元模型，考虑土体和支护结构的几何和材料特性，确定边界条件。
2.网格划分：将模型划分为有限个小单元，每个小单元内的土体和结构可以近似看作均匀材料，可以进行力学分析。
3.材料参数：根据实际工程的情况，确定土体和支护结构的材料参数，包括弹性模量、泊松比、内摩擦角、抗剪强度等。
4.边界条件：确定模型的边界条件，包括施加的力、支撑约束条件等。
5.计算求解：利用有限元软件进行计算求解，得到土体和结构的应力、变形和位移等结果。
6.分析结果：根据计算结果，评估支护结构的稳定性和安全性，判断土体的变形和应力分布是否满足设计要求。
基于有限元法的基坑支护设计可以提供比较准确的力学分析结果，为工程师提供科学依据和指导，优化方案设计和施工过程。
此外，有限元法还可以用于分析不同支撑结构的比较，评估不同工况下的地下结构稳定性和变形情况，为支护结构的设计和施工提供科学依据。
总之，基于有限元法的基坑支护设计研究，可以通过数值分析的方法，预测土体和结构的力学性能，评估支护结构的稳定性和安全性，为工程师提供科学依据和指导，优化设计方案，保证基坑工程的施工安全和土方稳定性。
有限元数值分析在基坑围护设计中的应用随着社会经济的发展，基坑工程的开展日益增多。
它的安全及质量的控制对于现代城市的发展具有重要的意义。
围护是基坑工程的重点项目，对其有效的设计呈现出不可忽视的重要性，是基坑工程安全及质量控制最重要的因素之一。
一般来说，基坑围护设计中需要考虑的因素比较多，包括分析地基变形模式和力学参数，分析和估算围护失稳因素，研究围护结构各部件间的相互作用及其变形特性，评价能量损失等。
这些因素的详细研究需要吸取传统实验方法的优点，并利用现代数值分析方法及相关设备进行多尺度数值模拟。
而有限元数值分析技术（FEM）就是其优秀的代表。
有限元分析不仅能够有效地描述和解决物理系统的流动性，也可以建立集成的模型，实现地质力学过程的精确模拟。
在基坑围护设计中，有限元数值分析可以通过多种方式来发挥其独特的优势：首先，在基坑表面支护结构设计中，有限元分析可以更详细地分析围护结构内地质力学参数，从而有效地控制其刚度和强度，保证围护结构的稳定。
其次，利用有限元分析可以尝试不同的支护结构方案，从而对对比不同支护结构的力学性能和稳定性进行系统的分析，以便用最经济的方案来保障基坑工程的安全。
同时，有限元分析能够在实验室模拟设计不同类型的基坑围护结构，为整个工程系统提供有效的参考，减少现场实验及施工风险。
最后，针对某些基坑表面不稳定的情况，考虑到其围护结构的失稳性及能量损失，有限元分析可以准确预测支护结构安全系数及各个参数，从而更好准确的提出技术方案。
此外，在实际的设计中，有限元数值分析还可以模拟出基坑周边人工增加的应力分布状况。
从以上可以看出，有限元数值分析在基坑围护设计中有着重要的作用。
为了充分发挥其优势，需要设计者有足够的计算机技术支持。
为此，应当在计算机技术支持下，利用有限元数值分析技术建立一套完整的基坑围护设计系统，以保证基坑工程的安全性及质量。
总之，有限元数值分析在基坑围护设计中的应用十分重要，它既可以减少实验及施工的风险，又能够提高支护结构的稳定性及可靠性，有助于保护基坑工程的安全及质量的控制。
有限元数值分析在基坑围护设计中的应用近年来，有限元数值分析已经在基坑围护设计中得到广泛应用，并取得了非常显著的成效。
有限元数值分析结合了传统的结构工程和地质工程，通过分析改变基坑地质结构、物理特性以及环境因素等，提供准确可靠的基坑围护设计方案。
一、有限元分析在基坑围护设计中的应用1.质条件有限元数值分析可以分析基坑的地质条件，包括基坑的地质构造、土质结构、岩性特征、地层压力以及地下水场等，从而确定基坑的绝对深度，模拟基坑的挖掘过程，为围护设计提供参考。
2.程模拟有限元数值分析可以模拟基坑的挖掘过程，模拟基坑围护结构物和土体结构物之间的相互作用，确定基坑围护结构物的时程变化，在进行围护设计前可以预测围护结构物的最终效果，以决定具体的基坑围护设计方案。
3.料选择有限元数值分析能够结合基坑现场条件，模拟并测算不同结构围护材料的工程性能，从而确定符合基坑围护要求的主要材料类型以及合理的结构参数，进行基坑围护设计。
二、有限元数值分析在基坑围护设计中的优势1.快设计进程使用有限元数值分析，可以以自动化和模拟的方式，快速准确地检测基坑的地质条件，提供基坑围护设计的精确参数，从而大大加快设计进程。
2.短工期利用有限元数值分析，可以准确模拟基坑挖掘过程中的人工及物料的运用，提前确定围护结构物的时程变化，缩短基坑的围护工期，提高工程进度。
3.善实际环境有限元数值分析结合基坑现场实际条件，可以确定合理的基坑围护设计方案，在保护环境的同时改善实际环境，提高基坑围护设施的安全性与可靠性。
三、结论有限元数值分析已经在基坑围护设计中得到广泛应用，它可以准确提供基坑地质结构、物理特性以及环境因素的数据，为基坑围护设计提供准确可靠的设计方案。
此外，有限元数值分析还可以加快设计进程、缩短基坑围护工期以及改善基坑实际环境，为基坑围护设计提供有效支持。
基坑边坡支护的应用及有限元分析刘华东【摘要】由于受施工现场状况和降水条件的影响,放坡支护不能保证边坡安全可靠的要求,需要确定一种更加安全适用的支护措施.采用强度折减的有限元法对基坑边坡进行模拟,将支护后的边坡与自然放坡情况下的边坡进行三维数值分析.强度折减的有限元法对本研究具有一定的可行性,自然放坡受到周边荷载作用以及降雨条件下雨水入渗等因素的影响,边坡稳定性将得不到保障,采用锚拉支护能够避免贯通面的出现,从应力和变形角度分析,锚拉支护在桩身位移、桩身弯矩以及桩身剪力方面较自然放坡都有明显的变化.锚拉支护在本研究中具有一定的工程价值,能够有效应对复杂的现场状况.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】5页(P6-10)【关键词】强度折减法;有限元法;基坑边坡;锚拉支护【作者】刘华东【作者单位】中国水利水电第十一工程局有限公司,郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TU473基坑开挖是基础工程施工过程中的难题，也是工程界研究的重点课题之一。
在不同的工程地质条件和现场环境下选择适合的施工方案和边坡支护手段成为基础工程施工的决定性因素，如何更为有效、更为经济合理的选取边坡支护方案成为开发商、设计单位以及施工单位聚焦的热点问题。
基坑支护结构的安全和稳定受到工程地质条件、水文地质条件、场区建筑物分布情况、降雨条件下雨水入渗等因素影响，使得设计考虑的因素较多而使有限元分析较为复杂.李青青[1]从研究临近建筑物对基坑变形、支护结构位移出发，确定了建筑荷载作用下应力有效影响范围，对于实际工程具有一定的参考价值，刘天水[2]通过建立合理的三维边坡降雨入渗模型，综合考虑地表径流与地下流，并进行了流固耦合计算，对不同降雨强度下三维边坡的变形进行分析。
锚拉支护是当下基坑支护常用的一种支护方式，针对锚拉支护的应用，王邓峮[3]通过数值模拟研究了预应力锚杆支护方式，由此说明了锚拉支护能够更好的控制基坑的水平位移与坡顶沉降，同时，锚杆的安放位置对支护结构的稳定性也有一定的影响。
有限元数值分析在基坑围护设计中的应用基坑是建筑物根基加固和水排放的重要设施，涉及土木工程、结构工程、海拔工程等多个领域。
随着经济的发展，基坑围护设计的工作越来越多，现代工程设计中必须充分考虑基坑围护的安全性、结构完整性和抗震性能，这些设计要求均需要有效的数值分析方法来验证。
有限元数值分析（FEA）是建筑物围护设计中重要的数值分析工具，它可以对弹性地基进行精确分析，以确定工程结构的抗震性能。
FEA可以通过有限元算法和非线性材料模型，模拟建筑物的力学性能，从服务性能的角度来评估围护结构的安全性。
基坑围护设计中，用FEA模拟分析不仅可以模拟基坑的填充物受结构荷载的变形情况，还可以准确求出填充物的应力和支撑体的变形。
这是常规设计方法所无法模拟的，因此FEA可以更快捷、更准确地实现基坑围护设计工作。
在基坑围护设计中，应用FEA主要有以下几种：首先，可以利用FEA模拟进行取水井、支撑体和填充物等基坑支撑系统的抗震性能分析；其次，可以使用FEA应用于支撑体的节点稳定性分析，分析模拟结果可以用来选择有效的支撑体位置并准确确定支撑体长度；最后，可以利用FEA进行基坑填充物的流体力学分析，以确定填充物内部的塑性变形性能。
在当今社会，基坑围护设计越来越受到重视，有限元数值分析作为工程设计的重要工具，受到了越来越多的关注。
通过FEA进行基坑围护设计，不仅可以有效地验证设计工作，还可以提高施工效率，从
而节约人力物力，提高安全性。
综上所述，有限元数值分析对基坑围护设计具有重要的意义，它可以更加准确、可靠地分析和提供基坑系统的抗震性能分析结果，并可以确定围护结构的安全性。
在未来，有限元数值分析在基坑围护设计中将更加普及，为项目建设提供更高水准的监测和设计保障。
深基坑支护设计影响因素的有限元分析摘要：近几年，由于土地利用的紧张，建筑业开始向上和向下发展空间，高层建筑和地下空间的开发越来越多，其规模也越来越大，随之而来的基坑支护也成为开发地下空间的一个重要课题。
本文主要对深基坑支护设计影响因素的有限元进行了分析。
关键词：深基坑支护；设计；有限元引言基坑工程具有很强的地域性，不同的地区其工程地质和水文地质条件差异性很明显，对基坑支护型式的选用、设计和施工也都不一而同。
而通过有限元计算除了可以求得支护结构内力之外还可求得基坑的隆起量、地表的沉降量，最重要的一点，它能对每步的施工工况下的应力和位移做出分析。
因此，要深入研究分析深基坑支护设计影响因素的有限元。
概述有限元法于20 世纪50 年代由Clough 提出，经过三十多年的发展，有限元法的理论和应用都得到了长足的进步，有限元法就是先将开挖影响范围内的土体和支护结构离散化，划分为许多的网格，每个网格就是一个小块的单元，这些小块单元的集合体就是原来的土体和支护结构，然后分别对单元建立平衡方程，再引入单元的边界条件，通过数值模拟的计算，就可得出土体和支护结构精确的内力和变形结果。
目前经常使用的有限元法主要有平面弹性地基梁法和连续介质有限元方法，连续介质有限元法又包括平面和三维方法。
2、基坑支护设计的影响因素基坑变形的影响因素比较多，主要分为三类：施工因素、设计因素和自然土质情况。
其中，设计因素主要是基坑的开挖深度、平面形状和围护墙刚度及入土深度、预应力水平、有无内支撑或支撑的刚度及设置位置、被动区土体加固等。
影响基坑变形的自然因素有基坑水环境和土体的物理力学性质。
影响变形的施工因素有以下几点：分步开挖宽度和深度，开挖后没有支撑暴露时间等。
2.1.1、围护墙刚度的影响增大墙体厚度能够减少墙体的水平位移，但是如果墙厚增加到一定值时，再通过增加墙体厚度来减少位移，这样的作用就不明显。
除此以外，在墙厚增加的同时，工程造价也会增加，因此，在墙体强度与要求符合的条件下，若尝试借助增加墙体厚度来减小位移，这样就不会合理。
