不规则基坑变形的数值模拟分析与应用研究.pdfVIP

第17卷第1期 平顶山工 学院学报 V0I．17 No．1 2008年1月 Joumal ofHn ngs}瑚 InstituteofTechnology Jan．2008 文章编号：1671—9662(2oo8)ol一0051—03 不规则基坑变形的数值模拟分析与应用研究 周中一，任 萍 (平顶山工学院土木工程系，河南平顶山467000) 摘 要： 运用falc3d的基本原理，对不规则基坑变形进行数值模拟分析，总结出了不规则基坑的变形 规律，对不规则基坑稳定的问题处理有一定的指导意义。 关键词： 基坑；ttae．3d；不规则；数值模拟 中图分类号：TU441 ．6 文献标识码：A 基坑工程是一个具有长、宽、深的三维空间结构，且长度与宽度往往处于同一数量级；但在以往的设计和研究中，人 们常常将其简化为二维平面应变问题进行分析计算。近年来，随着人们对基坑空间效应认识的不断深入以及计算机容量 和运算速度的不断提高，基坑工程的三维空间性状日益受到人们的关注。本文通过对郑州某工程不规则基坑的数值模 拟，分析了基坑的空间效应，总结了不规则基坑的变性规律。 1 工程简介及数值模型建立 由于基坑开挖尺寸为112m×66m×44m，考虑到基坑结构的对称性，我们只对基坑的二分之一进行模拟。普遍认为， 基坑开挖的影响范围为2 3倍的基坑开挖深度。所以数值模拟模型尺寸225m×200m×40m。本模型共有32000个单元， 37023个节点。土钉和锚杆采用cable单元模拟，支护桩采用pile单元模拟，土钉墙面板采用shell单元模拟。整个计算模型 如图1所示。 2 基本假定 1)土体假定为均匀、各向同性的弹塑性体，土钉(锚 杆)、桩和混凝土面层假设为弹性体； 2)在开挖前，土体在自重状态下固结，开挖以前土体原 位应力和性状的改变不予考虑； 3)不考虑施工进程对土体力学指标的影响，不考虑渗 流影响： 4)本模拟采用Mohr--Coulomb屈服准则。 3 计算参数的选取 土体参数、土钉墙参数分别如表l、表2所示。 图1 数值模拟模型 土钉墙喷射混凝土面层设计参数：喷射混凝土设计强度C20，喷射厚度100mm；钢筋网 @200，拉结筋 16，保护层厚 度30mm，另外为保证坡顶稳定，在坡顶做0．8m宽的钢筋混凝土翻边。 土体选用Mokr—Co~omh弹塑性模型，土钉、锚杆和混凝土面层分别采用cable结构单元和shell结构单元模拟。cable 结构单元是两节点直线有限单元，每个节点具有一个轴向平移自由度。允许张拉或压缩破坏，但不能承受弯曲荷载。其沿 长度方向可以相对运动，可以加集中荷载和预应力。shell结构单元是一个扁平的有限单元，可以模拟任意曲面的、各向同 性的或正交各向同性材料的壳结构，模拟任何薄壳结构，横向剪切变形引起的位移可以忽略。可以施加集中荷载和面压 力。 4 基坑分步开挖数值模拟 1)对数值模拟模型进行单元划分、设定边界条件。 2)使计算模型在自重应力场和初始应力条件下平衡，并初始化原始位移为零。 3)进行第一步开挖，用nun模型代替被开挖的土体，通过迭代消除因开挖引起的不平衡力，并计算变化后的位移。 4)在开挖部分设置cable单元和sheu单元，进行下一步开挖。 收稿日期．2,007—10—10 第一作者简介：周~--(1980一)，男，硕士，河南邓州人，平顶山工学院土木工程系讲师。 平顶山工学院学报 2008年1月 5)重复以上3．4、步，直到开挖完毕。 表1 土体参数表 项目图层名称厚度(m 查羞 注：c(kPa)一粘聚力；Qs(kPa)一桩端阻力； (。)一 内摩擦角 表2 土钉支护剖面参数表 5