某地铁车站深基坑开挖变形的有限元分析.pdf免费

第九届全国现代结构工程学术研讨会 某地铁车站深基坑开挖变形的有限元分析 刘杰苏建超姜晓峰 天津大学建筑工程学院，天津300cr72 提要：针对天津市某地铁车站地下连续墙在开挖过程中的变形进行了有限元分析，采用壳单元模拟钢筋混凝土地下连续 墙，采用朗肯主动土压力理论计算墙后土压力，坑内土视为弹簧单元，采用“m”法计算墙体位移曲线； 最后将 有限元分析结果与实测结果进行对比，有限元分析变形曲线与实测曲线基本吻合。通过改变墙体厚度、横向支撑刚 度、探讨了深基坑支撑体系自身刚度对坑壁水平位移 地下连续墙侧向位移 的影响，分析并总结了基坑变形的控 制措施。 关键词：深基坑开挖，地下连续墙，“m”法，有限元分析，变形曲线 一、工程概况 为27m。支撑采用①609X14 单位：衄 钢支撑。 二、采用“m法的的地下连续墙开挖变形的三维有限元分析 一 有限元计算原理 挡土结构的计算理论实质是由一维的横向受荷桩演化而来，其基本思想是将挡土结构视为竖向弹性地 基梁，通过梁的挠曲线微分方程求得梁身的弯矩剪力。弹性地基梁法把支护结构看作为一竖放的弹性地基 梁受侧向土压力的作用，土压力一般采用经典的土压力理论计算，如朗肯土压力理论或库仑土压力理论， 支撑面以上的那个支撑可看作为一弹性支点，基坑面以下的土层可用一系列的土弹簧的作用来代替，如图 2所示。在深基坑有限元分析中，如何恰当的考虑挡土体系在开挖过程中受到的土压力成为了计算挡土墙 结构内力的关键。在诸多挡土结构土压力计算理论中“m”法假定水平基床系数沿深度直线增长，挡土结 构横向位移随深度增加迅速减小，这比较符合实际工程情况。RichardJ．Woodard等人指出，通常非粘性 土和正常固结粘土可以取水平基床系数与深度成正比，B．B．Broms认为，粘性土的基床系数与无侧限抗压 强度成正比，由于正常固结的粘土和淤泥质土的无侧限抗压强度随深度大致按直线增长，所以正常固结粘 土和淤泥质土也可以近似认为符合“m”法假设。“m”法的基本挠曲线方程为： 参+鲁删 ㈩ 式中：EI为挡土结构的抗弯刚度，bo是计算宽度，z为地下连续墙高度，X为地下连续墙挠度位移，m为 地基土水平抗力系数的系数。 二 地下连续墙计算模型和参数选取 根据工程实际情况并经过适当简化，考虑地铁主体结构两对应墙体的对称性，取其半边机构建模，取 地下连续墙计算深度为27m，墙厚度o．8m，墙体宽度为12m，在有限元计算中采用shell单元模拟。 该工程采用的支撑为①609X14 单位：衄 钢管支撑，在有限元计算中采用link8单元，截面面 积与工程实际一致。在开挖过程中共设有四层，每层四道支撑，四层支撑距离顶面距离分别为2．Om、4m、 工业建筑2009增刊 1591 第九届全国现代结构工程学术研讨会 9 0m、14m。本构模型采用线弹性模型，弹性模量为210000MPa。 开挖内侧土体视为弹簧单元，采用combinl4单兀模拟，弹簧刚度计算公式： K：!肇 f1一“2 +国 式中：b为土弹簧间距，m为与形状有关的形状系数，当b／d_10时 d为地基粱宽度 m 0踮，＆ 为土的变形模量，¨为泊松比。 地下连续墙外部的士体，根据朗肯土压力计算其主动土压力，根据岩土工程勘察报告的土工参数进行 计算。对现场地质资料经过适当简化，将墙体深度范围内的土体视为四层。在工程计算中一般假设直护 结构所受外荷载为挡土墙在基坑面以上为三角形分布的主动土压力，基坑面以下为矩形分布的附加压力。 基坑面以上仅考虑开挖面以上荷载所产生的主动土压力．开挖面以下的土体自重所产生的主动土压力则近 似认为与坑内土体的土压力平衡丁，因而对墙体不产生附加弯矩剪力和位移。在计算过程中，假设基坑在 施工过程中共进行了网步开挖，每一步开挖相应的计算简圈如图3所示： 图I 地下连续墙有限元模型