深基坑工程开挖变形的数值模拟及控制方法

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近年来,城市建设向高层化方向发展,基坑开挖的深度越来越大,基坑支护的形式也因工程环境的多样性而越来越复杂。传统的基坑开挖挡土墙受力和变形计算主法,主要有极限平衡法、土抗力法、有限元法等。其中有限元法近年来发展迅速,应用日趋成熟,目前对于内撑式支护结构的分析,多通过把基坑支撑体系的三维问题简化为一维或二维平面问题,然后利用以一维太沙基固结理论或二维Biot固结理论为基础的有限元法进行分析。而对于复杂的基坑支护工程,一维或二维的简化不能全面反映支撑体系的受力及变形,更难以全面反映基坑周边的受影响情况,不能满足现在复杂工程的要求。在实际工程设计中,以点带面的设计方法亦不能给工程带来好的经济性。本文在研究基坑开挖受力及变形的分析方法基础上,提出了考虑土与整个支护体系共同作用的三维有限元分析方法,以深圳市某深基坑工程项目案例为研究对像,运用有限元软件ABAQUS进行数值模拟的分析计算,建立了三维有限元模型,并考虑了降水及回灌的作用。文中介绍了深基坑数值模拟的重要参数设置及关键步骤的模拟方法。模型中采用Mohr-Coulomb弹塑性模型作为土体的本构模型,采用接触面单元来模拟土体与支护桩之间的共同作用,采用瞬态分析法进行降水的有限元模拟,通过生死单元功能来模拟基坑开挖与支护的全过程。得到了各工况下支护体系的内力和变形分布情况,土压力分布情况,地下水压力的分布情况,基坑底部土体的隆起情况,以及周围地表的沉降情况等。得到的分析结果与传统分析方法的计算结果及实际监测值进行了对比,分析了计算误差的原因,验证了三维有限元分析法的适用性及可靠性。最后,根据分析结果对工程进行总结,提出了控制深基坑开挖周边地下水位稳定的有效措施,为以后的深基坑工程减小降水开挖对周围环境影响提供了有意义的依据和参考。
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