某深基坑支护结构变形分析与数值模拟张保涛摘要：为研究深基坑支护结构变形特性，以新景世纪城基坑工程为例，采用数值模拟手段对该工程变形特性进行了仿真分析，运用现场监测数据验证了数值模型计算的准确性，深入分析了深基坑支护结构变形的影响因素.结果表明：抗剪强度指标越大，基坑位移越小，但不是特别明显；增加灌注桩的桩径、嵌固深度和锚杆长度，可以有效的抑制基坑位移，但是增加到一定程度时，这种抑制基坑变形的效果不但十分有限，还会大大增加成本消耗；锚杆倾角在15°左右时，支护结构变形较小.Deformation analysis and numerical simulation of a deep foundation pit supporting structureZhang BaotaoAbstract:To study supporting structure deformation haracteristicof deep foundation pit, this paper took the New Century City foundation pit engineering as an example, and analyzed the engineering deformation characteristic by numerical simulation. The accuracy of the numerical model calculation was verified by field monitoring data. Using this model, the influences of deformation were deeply analyzed by deep foundation pit supporting structure deformation, bolt length and dip angle. The results show that the influences of cohesion and friction angle are not obvious. The bigger the embedded depth of the supporting structure bigger, the smaller the deformation of supporting structure. To maintain the economic and necessary reliability, the minimum embedded depth can meet the structural stability; the pile diameter increased and the deformation of supporting structure reduced. When the diameter of the pile is large enough, the deformation of the supporting structure is small, and the inclination of the bolt is large, then the deformation of the supporting structure become large. When the inclination angle of anchor rod is about 15, the deformation of supporting structure is small.Keywords: deep foundation pit; supporting; foundation excavation; structural deformation; simulation analysis关键词：深基坑；支护；基坑开挖；结构变形；仿真分析0 引言随着经济飞速发展，地面建筑物的规模越来越大，进而对基坑工程的要求也不断增加，深基坑支护稳定性问题也日趋复杂[1-3].深基坑工程属临时性工程，其技术复杂性远高于永久性的基础施工，施工或外荷载等因素的扰动所很可能引起支护结构受力过大、位移超限而发生种种意外[4].深基坑开挖研究涉及诸多方面问题，如基坑自身稳定问题、支护结构稳定问题及周围临近建筑物、地下管线稳定问题等[5-16].本文以新景世纪城深基坑支护工程为研究对象，通过建立有限元分析的数学模型，对工程进行动态模拟分析，深入研究影响基坑支护结构应力及变形的因素，以期为相关工程优化支护设计参数提供借鉴.1 工程概况拟建场地位于鞍山铁东区，园林路西、新华街南.该拟建商住楼，地上21～34 层，地下室2 层，楼高100 m，采用框剪结构，基础形式为桩-箱基础.该工程地基基础设计等级为甲级，场地复杂程度为乙级.场地土体类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类.场地地貌类型属剥蚀丘陵，地形起伏不大，成缓坡地势，由南向北逐渐倾斜.场地地层由第四系全新统人工堆积层杂填土、第四系全新统冲击层粘性土以及风化混合岩组成.本场地在钻探深度内遇见一层地下水，地下水类型为上层滞水.稳定水位（每个钻孔均见）埋深2.0～3.1 m ，稳定水位高程为 48.65～52.36 m ，赋存于杂填土和粉质粘土层中.水量不大，随季节变化很大，其主要补给来源为大气降水.本场地在 13 号钻孔中取水样，根据水质分析试验结果表明，该场地地下水对钢结构有弱腐蚀性，对混泥土和钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性.2 新景世纪城基坑工程三维有限元模拟2.1 模型的建立为避免模拟的边界效应，选取离计算边缘四周70 m 、距坑底 30 m 作为边界.按设计要求施加周边建筑附属荷载115 kPa ，公路车辆荷载按5 kN/m2取值.深基坑支护结构包括地下灌注桩和锚索等，建模时采用等刚度法，具体等效成地下连续墙原理如下：设灌注桩中心间距为 t ，桩直径为 D ，因此，单根灌注桩可等效成长为 D+t 的地下连续墙，设等效墙厚度为 h ，则二者按等刚度原则可等效为()43641t 121D h D π=+,(1) 公式中，D D t 1188.0h +=模型侧面采用水平约束，底面为固定约束，顶面为自由约束.土层按地质条件分为 4 层，材料参数按表 1 选取，材料模型采用 Mohr-Coulomb8 节点六面体单元，锚索钢筋采用rebar 单元，不考虑桩间土体相互作用，按照刚度等效原理，运用 ADINA 有限元软件建立数值分析模型，见图 1.图1 有限元分析模型本数值模型是在考虑原地应力存在、开挖后应力失效及灌注桩和锚杆应力施加的基础上，设置时间步 8 个，步长为 12，分三层进行数值仿真模拟开挖深基坑.表1 土层材料参数 /Mpa /kpa/（°）/(kg·3m）素填土9 16 11 0.2 1760粉土14 43 17 0.2 1850中砂26 12 34 0.25 1650砾石35 12 37 0.25 19502.2 模拟结果与监测数据对比在深基坑周围共设置20个监测点，选取其中4个有代表性的监测点，见图2，采用这4 组基坑支护结构变形实测值与数值模拟结果进行对比分析.4个点位监测值与模拟值比较见图3～图5，A 点处变形持续增大，点B、点C 位移值较小，且达到峰值后位移值又有所减小.由于开挖支护过程中非常重视基坑阳角位置，为防止变形陡增采取及时支护，因此在点C4 d 时位移达到峰值后又下降，是开挖形成的位移被支护措施及时控制的表现，点B距离点C 较近，变形规律相同. 点A由于在基坑长边，导致了较大的变形，甚至接近16 mm，因此后期加大了该位置的支护强度，控制位移进一步发展（点D 变形特点与点 A 相同，图略）.现场监测变形值与模拟值较为符合，证明该数值模型精度符合要求.3 基坑开挖变形因素分析3.1 土体抗剪强度指标影响为研究土体抗剪强度指标对支护结构变形的影响，选取在原粘聚力数值上增大 0%，10%，30%，50%，选取摩擦角分别为 15°、20°、25°、30°，通过数值模拟研究支护结构最大水平位移值变化规律.见图 6、图 7，随着土体粘聚力的增大，支护结构最大位移逐渐变小，内摩擦角越大，支护结构的最大位移越小.结果表明，抗剪强度指标越大，对于基坑支护结构变形约束效果也就越好，因为土体自身稳定性提高了，但随着抗剪强度指标的增加，对3.2 灌注桩对支护结构的影响通过数值模拟改变模型的桩径、嵌固深度等参数，对应提取基坑支护结构最大位移值，进一步研究灌注桩对支护结构变形的影响规律，具体见图8、图9.分析图8 得出，随着嵌固深度的增大，深基坑支护结构的位移越小，但嵌固深度达到6 m后，最大位移值影响变小.因此，嵌固深度必须满足设计要求.分析图9得出，深基坑支护结构位移随着桩径的增大而减小，主要是因为桩径的增大提高了支护结构刚度，但过大桩径对于支护结构变形的抑制并不明显.显然，一味增加桩径来减小支护结构变形并不经济.3.3 锚杆参数对支护结构的影响通过数值模拟改变模型的锚杆倾角、长度等参数，对应提取基坑支护结构最大位移值，进一步研究锚杆对支护结构变形的影响规律，具体见图10、图11.分析图10 得出，支护结构最大位移随着锚杆倾角的增大而变大，主要是随着倾角的变大，锚杆的水平分力减小的缘故，从图10 中可看出，锚杆倾角在10°～25°，约束效果较好.由图11 可知，支护结构最大位移随着锚杆长度的增大而减小，主要是锚杆越长，形成的锚固力越大的缘故，但从图11中看出，锚杆长度达到12 m 后，对支护结构位移控制趋缓.4 结论（1）相同深度下越接近于基坑中点，位移变形越大，越接近于基坑阴角变形越小.相同位置不同深度时，支护结构越接近地表变形越大，越接近于坑底变形越小.（2）土体抗剪强度越大，对于基坑支护结构变形约束效果越好，因为土体自身稳定性提高了，但是随着抗剪强度的增加，对支护结构的约束效果越不明显.（3）增加灌注桩的桩径、嵌固深度和锚杆长度，可以有效的抑制基坑位移，但是增加到一定程度时，抑制基坑变形的效果不但有限，还会增加成本.参考文献：[1] 张淑坤,张向东,李永靖,等.深水基础组合桩围护体系设计与应急处理技术[J].中国安全生产科学技术,2014(7):130-134.[2] 王洪德,秦玉宾,崔铁军,等.深基坑围护结构变形远程监测预警系统[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2013,32(1):14-18.[3] 朱志华,刘涛,单红仙.土岩结合条件下深基坑支护方式研究[J].岩土力学,2010,32(4):619-623.[4] 刘均红.西安地铁车站深基坑变形规律现场监测与 FLAC 模拟研究[D].西安:西安科技大学,2010.[5] 陈林靖,余其凤,戴自航.福州某软土地区深基坑开挖对周围建筑物影响的三维有限元分析[J].铁道科学与工程学报,2015(1):79-85.[6] 郑艳,麻凤海,金鑫.地铁车站深基坑施工中的变形监测研究[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2012,31(2):149-154.[7] 帅红岩,陈少平,曾执. 深基坑支护结构变形特征的数值模拟分析[J]. 0岩土工程学报,2014,36(S2):374-380.。
基坑开挖对临近建筑和管线的变形影响分析及控制措施基坑开挖对临近建筑和管线的变形影响分析及控制措施一、引言基坑开挖是建设过程中不可避免的一项重要工作，然而，基坑开挖所带来的变形效应对周围建筑和管线可能造成不可逆转的损害。
因此，在进行基坑开挖工程时，需要进行全面的变形影响分析，并采取相应的控制措施，以保证周围建筑和管道的安全和稳定。
二、基坑开挖的变形影响1. 地面沉降基坑开挖对地表会产生一定的沉降，其程度与开挖深度、土壤性质、开挖方法等有关。
地面沉降可能导致临近建筑物的沉降，影响其结构的安全性。
2. 水平位移基坑开挖时，土体的侧向支护被破坏，土体会发生水平位移。
当基坑距离临近建筑物较近时，水平位移会导致建筑物的倾斜或位移，对建筑物结构的安全产生威胁。
3. 地下水位变化基坑开挖过程中，地下水位会发生变化，可能导致周围土体的湿度改变。
如果周围建筑物没有采取防水措施，地下水位变化可能导致结构潮湿、渗漏等问题。
4. 管线破坏基坑开挖可能破坏临近地下的管线（如给水管、燃气管道等），导致管道破裂，影响周围居民的正常供水、供气。
三、基坑开挖变形影响分析针对基坑开挖对临近建筑和管线的变形影响，需要进行详细的工程分析。
通过地质、土壤勘察，确定基坑周围土层的性质和强度，以及潜在地下水位的变化。
运用数值模拟方法，模拟基坑开挖对土体和周围建筑物的变形效应。
四、基坑开挖变形影响控制措施1. 合理设计基坑支护结构采取合适的基坑支护结构，如钢支撑、混凝土搅拌桩等，以提供地面和周围建筑物所需的支撑。
2. 控制开挖速度和深度合理控制开挖速度和深度，避免过大的变形效应。
3. 加强监测在基坑开挖过程中，对临近建筑物和管线进行监测，及时发现和处理异常情况。
4. 采取水平位移控制措施对于临近建筑物，可以采取补充支护、增加地下排水等措施来控制水平位移。
5. 采取防水措施对于临近建筑物地下室或地下管道，应采取防水措施，防止地下水位变化对结构造成影响。
深基坑支护设计及稳定性数值模拟分析共3篇深基坑支护设计及稳定性数值模拟分析1深基坑支护设计及稳定性数值模拟分析一、设计思路在建筑施工过程中，深基坑的支护是公认的难点和重点。
基坑支护需要充分考虑基坑深度、土体类型、周边环境、地下水位等因素。
采用合理的支护方案和结构，能够有效保证基坑的稳定和安全性。
对于深基坑的支护，常用的方式包括混凝土支撑、拱形支撑、钢支撑、罐式、双层挡墙和组合式支撑等。
不同的支护方式适用于不同的土体类型和基坑深度。
例如，混凝土支撑适用于基坑深度较浅的稳定土体，而双层挡墙则适用于基坑深度较深并有较大振动的土体。
二、支护设计1.基坑参数深基坑支护的设计应考虑基坑的尺寸、形状、深度等参数，这些参数对于支护方案的设计具有至关重要的作用。
2. 土体类型不同的土体类型对于基坑的支护设计也有影响。
基坑所处的土体类型可以分为岩土、砾石、沙土、粘土等。
在不同的土体类型中，需要考虑土体的力学性质和力学特性，并制定相应的支护措施。
3. 基坑深度基坑深度是支护设计中的重要参数，对于选择合适的支护方式和方案具有至关重要的作用。
对深基坑的支护，需要结合基坑深度进行有目的的设计。
根据深度，可以决定具体支护方案和结构形式。
三、数值模拟分析在进行深基坑支护设计时，可以使用数值模拟方法进行支护方案的优化和验证。
数值模拟能够模拟多种土体力学性质和变形规律，可以用来评估深基坑支护的稳定性和安全性。
将有限元方法应用到基坑支护的数值模型中，可以得到较为精确的支护应力和变形等信息。
根据模型计算结果，可以优化支护方式和结构形式，从而更好地协调各项设计规范和安全要求，提高基坑支护的安全性和可靠性。
四、结论深基坑支护设计及稳定性数值模拟分析是一项复杂的工作，需要充分考虑各种因素，制定合理的支护方案。
数值模拟分析在设计中的应用，可以检查和验证支护方案的可行性和有效性。
基于此，我们可以不断完善并提高深基坑支护设计的水平，促进深基坑施工的更加安全和有序。
