基于ABAQUS的某深基坑三维有限元分析.PDFVIP

基于ABAQUS 的某深基坑三维有限元分析 王恺敏 朱江 （上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海） 摘 要：本文结合某深基坑实例，采用 ABAQUS 对上海某基坑工程进行全过程的三维仿真分析。通过对各施工工况的模拟分 析，研究基坑的变形特性、支护结构的受力特性和基坑开挖对临近轻轨、地铁车站的影响，为工程的设计与施工提供理论依据。 引言 深基坑及其支护工程既是一个包含了岩土和结构等问题的系统工程,又是一个因不同地区、不同工程地质、 水文地质和施工条件下的个性问题,它既涉及土力学中典型的强度与稳定问题,又包含了变形控制的问题,是当前 建筑工程界关心的技术热点。近年来，考虑土与结构共同作用的连续介质有限元法被广泛应用与基坑开挖工程中。 该方法将基坑的支护体系与周围的土体作为整体进行分析计算，从整体上分析支护结构及周围土体的应力与位移， 可适用于施工动态模拟，且可以考虑基坑施工对周边环境的影响。 1 工程概况 上海某基坑工程位于虹口区，毗邻轻轨 3 号线车站和 M8 线地铁车站，由图 1 可见，其距离轻轨 3 号线车站 距离为 34.9 m ，距离 M8 线地铁车站仅 6.7 m 。基坑工程土体开挖深度达 22.6m ，基坑平面呈不规则四边形，开挖 面积很大。为了限制基坑开挖对周边环境的影响，本基坑工程采用 1 m 和 1.2 m 厚地下连续墙作为基坑围护结构， 在基坑与 M8 线车站临近位置采用 1.2 m 厚 T 型地墙，地墙深度为 38.8 m 和 44.2 m 。 轻轨3号线车站 m 9 4. 3 大坑逆作 逆作法施工 小坑顺作 6.7m 地铁M8线车站 图 1 基坑位置示意 该基坑工程采用逆作法施工，分五层开挖土体，采用五道支撑作为基坑支护结构。其中，顶层支撑和地下一 道支撑采用梁板结构，地下二、三、四、五道支撑均采用无梁楼盖。 2 数值分析模型简介 为分析基坑开挖对周边环境的影响，采用有限元进行了建模分析。分析过程中，为了可以充分考虑基坑开挖 对周围土体扰动的影响，计算模型取为 650m×400m×90m 。土体采用六面体单元模拟，整体模型如图 2 所示。基 坑工程地下连续墙、基坑各层楼板采用空间板单元模拟，工程桩、格构柱、连续墙圈梁、各道主、次梁采用空间 梁单元模拟，轻轨 3 号线桩基采用梁单元模拟，承台采用板单元模拟，M8 线地铁车站地墙采用板单元模拟，各层 楼板和隧道管片亦采用空间板单元模拟，其他结构予以简化，模型结构模型如图 3 所示。建筑物各层楼板模型均 按设计模拟，各层主梁亦按设计图纸模拟，次梁按刚度等效原则简化于各层楼板中，不单独建立模型。模型总单 元数 154030，总节点数 160640，由于模型规模很大，为了简化计算，模型中所有单元均采用一阶线性单元。分析 过程中对周围土体约束水平方向位移，底部土体全约束。 图 2 整体有限元模型 图 3 结构有限元模型 3 计算参数选取 连续介质的三维有限元分析中，材料参数的选取对计算结果有着很大的影响。基坑工程的材料参数包括土体 的参数和结构的参数。其中结构材料包括两种：混凝土材料和钢材。由于这两种材料相对于一般土体