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【摘 要】 利用三维弹塑性整体模型研究了地下连续墙基坑支护的空间效应，着重对深基坑工程中的阳角效应、阴角效应及基坑中部等问题进行了计算分析。结果表明，地下连续墙阴角能大大降低基坑位移，阴角为直角时比两边成钝角的阴角效应大，而地下连续墙阳角处的空间效应并不明显。
【关键词】 地下连续墙；空间效应；有限元；弹塑性分析
1 概述
随着当今城市的发展，对基坑工程不断提出新的要求，基坑深度不断增加，基坑周围环境越来越复杂，平面形状也越来越不规则，基坑的空间效应也越来越多地影响到了基坑支护体系的设计及施工。基坑的空间效应包括基坑支护结构的空间效应，及基坑本身空间形状带来的空间效应[1]。目前研究与设计中多将基坑处理为平面应变问题，针对基坑本身空间形状带来的空间效应的研究比较缺乏。然而，许多形状不规则的基坑所具有的空间效应很难用二维有限元方法进行分析，分析结果与实际情况相差较大，给基坑工程的研究和设计带来了许多新问题[2]。
在基坑空间效应的研究中，文献[3]采用有限元分析，计算分析了基坑的阳角效应，但没考虑与相对应情形下基坑的对比，并且尚未考虑分层开挖的影响。而且，以往的研究大多局限于考虑对称情况的简化三维有限元研究。为此，本文利用MIDAS三维有限元程序，以带阳角和阴角的地下连续墙基坑支护为研究对象建立整体三维有限元模型，对基坑自身形状的空间特性带给基坑开挖的影响进行三维有限元分析，着重对深基坑工程中的阴角、阳角及基坑中部等问题进行了计算分析特别是针对阴角，阳角处水平位移的变化规律进行初步研究分析。为工程设计提供理论依据，并供工程设计人员参考。
2 计算模型
因二维分析无法模拟基坑角部的空间效应，而且局部三维有限元模拟不能反映基坑角部效应对基坑整体的影响，因此本文采用三维空间整体模型。鉴于开挖施工中基坑周围的土体往往处于弹塑性工作状态，本文中土体采用理想弹塑性模型进行模拟，采用Mohr-Coulomb准则，地下连续墙采用线弹性材料。
3 地下连续墙基坑支护的空间效应模拟
取一个存在阳角与阴角的地下连续墙基坑支护进行模拟分析。模型整体长120m，宽110m，高50m。在模型中间取长40m，宽30m，深9m的基坑作为基本模型，基坑分三层开挖，每层3米，地下连续墙深16m。整体模型分三层土：第一层土6m厚，第二层土8m厚，第三层土36m厚。地下连续墙采用C30混凝土。本模型采用的材料属性如下表1所示：
为能模拟4种不同空间形状的基坑将基坑平面分为不同部分，再通过实体命令把整个模型划分为多个部分，然后划分网格，再通过在各施工阶段中激活与钝化命令模拟开挖过程来定义各种工况，从而控制参与运算的网格。这样既能使一次建模能用于3种不同情况，又可以不用重新划分网格，从而保证了3种情况的可对比性，整体模型图如图1所示：
4 计算结果分析
图3为带直边阳角基坑开挖至底部的合位移云图。可以看出基坑最大合位移2.62mm，处于基坑长边中间。而有阳角一侧最大位移减小，这说明地下连续墙基坑支护的阳角效应不明显，且因为有阴角的存在，反而使最大位移减小。
图4为带斜边阳角基坑开挖至底部的合位移云图。可以看出基坑最大合位移2.65mm，处于基坑长边中间。而带斜边阳角侧最大位移位于上述两种情况之间。这说明，斜边阴角效应比直边阴角效应弱。
5 结语
根据对地下连续墙基坑长边中部、阳角、阴角的变形分析，可以得出以下结论：
（1）由于地下连续墙的整体作用，最大的水平位移并不是发生在地下连续墙阳角处，说明地下连续墙的阳角并不是最危险处，与土钉墙与复合土钉墙的特点不一致。
（2）地下连续墙的阴角效应能有效减小周边位移，从而具有更高的安全性，因加以研究与利用。
（3）地下連续墙的直角阴角效应比钝角阴角效应效果增强很多。地下连续墙的直角阳角效应也比钝角强。
（4）对大面积的地下连续墙支护基坑，可适当利用其阴角及阳角效应减少地下连续墙中部的变形，以优化设计。
参考文献：
[1]徐宜和.基坑工程技术现状分析[J].四川建筑科学研究，2005，31（6）：1132117.
[2]杨雪强，刘祖德.论深基坑支护的空间效应[J].岩土工程学报，1998，20（2）：74278.
[3]王芳，郭红仙.带阳角基坑空间效应的三维数值分析[J].铁道建筑，2006，12-0069-04
[4]吴志敏，屠毓敏.土钉基坑支护的空间效应研究[J].岩土力学，2007，10-2178-05
[5]俞建霖，龚晓南.深基坑工程的空间性状分析[J].岩土工程学报，1999，21（2）：21225.
[6]潘泓，周陈发，曹洪.复合土钉墙的角部空间效应及变形性状分析[J].岩土力学，2008，02-333-04
[7]杨育文.土钉墙空间效应和平滑破坏模式的三维分析[J].岩土力学，2004，增-0227-04.
[8]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
【关键词】 地下连续墙；空间效应；有限元；弹塑性分析
1 概述
随着当今城市的发展，对基坑工程不断提出新的要求，基坑深度不断增加，基坑周围环境越来越复杂，平面形状也越来越不规则，基坑的空间效应也越来越多地影响到了基坑支护体系的设计及施工。基坑的空间效应包括基坑支护结构的空间效应，及基坑本身空间形状带来的空间效应[1]。目前研究与设计中多将基坑处理为平面应变问题，针对基坑本身空间形状带来的空间效应的研究比较缺乏。然而，许多形状不规则的基坑所具有的空间效应很难用二维有限元方法进行分析，分析结果与实际情况相差较大，给基坑工程的研究和设计带来了许多新问题[2]。
在基坑空间效应的研究中，文献[3]采用有限元分析，计算分析了基坑的阳角效应，但没考虑与相对应情形下基坑的对比，并且尚未考虑分层开挖的影响。而且，以往的研究大多局限于考虑对称情况的简化三维有限元研究。为此，本文利用MIDAS三维有限元程序，以带阳角和阴角的地下连续墙基坑支护为研究对象建立整体三维有限元模型，对基坑自身形状的空间特性带给基坑开挖的影响进行三维有限元分析，着重对深基坑工程中的阴角、阳角及基坑中部等问题进行了计算分析特别是针对阴角，阳角处水平位移的变化规律进行初步研究分析。为工程设计提供理论依据，并供工程设计人员参考。
2 计算模型
因二维分析无法模拟基坑角部的空间效应，而且局部三维有限元模拟不能反映基坑角部效应对基坑整体的影响，因此本文采用三维空间整体模型。鉴于开挖施工中基坑周围的土体往往处于弹塑性工作状态，本文中土体采用理想弹塑性模型进行模拟，采用Mohr-Coulomb准则，地下连续墙采用线弹性材料。
3 地下连续墙基坑支护的空间效应模拟
取一个存在阳角与阴角的地下连续墙基坑支护进行模拟分析。模型整体长120m，宽110m，高50m。在模型中间取长40m，宽30m，深9m的基坑作为基本模型，基坑分三层开挖，每层3米，地下连续墙深16m。整体模型分三层土：第一层土6m厚，第二层土8m厚，第三层土36m厚。地下连续墙采用C30混凝土。本模型采用的材料属性如下表1所示：
为能模拟4种不同空间形状的基坑将基坑平面分为不同部分，再通过实体命令把整个模型划分为多个部分，然后划分网格，再通过在各施工阶段中激活与钝化命令模拟开挖过程来定义各种工况，从而控制参与运算的网格。这样既能使一次建模能用于3种不同情况，又可以不用重新划分网格，从而保证了3种情况的可对比性，整体模型图如图1所示：
4 计算结果分析
图3为带直边阳角基坑开挖至底部的合位移云图。可以看出基坑最大合位移2.62mm，处于基坑长边中间。而有阳角一侧最大位移减小，这说明地下连续墙基坑支护的阳角效应不明显，且因为有阴角的存在，反而使最大位移减小。
图4为带斜边阳角基坑开挖至底部的合位移云图。可以看出基坑最大合位移2.65mm，处于基坑长边中间。而带斜边阳角侧最大位移位于上述两种情况之间。这说明，斜边阴角效应比直边阴角效应弱。
5 结语
根据对地下连续墙基坑长边中部、阳角、阴角的变形分析，可以得出以下结论：
（1）由于地下连续墙的整体作用，最大的水平位移并不是发生在地下连续墙阳角处，说明地下连续墙的阳角并不是最危险处，与土钉墙与复合土钉墙的特点不一致。
（2）地下连续墙的阴角效应能有效减小周边位移，从而具有更高的安全性，因加以研究与利用。
（3）地下連续墙的直角阴角效应比钝角阴角效应效果增强很多。地下连续墙的直角阳角效应也比钝角强。
（4）对大面积的地下连续墙支护基坑，可适当利用其阴角及阳角效应减少地下连续墙中部的变形，以优化设计。
参考文献：
[1]徐宜和.基坑工程技术现状分析[J].四川建筑科学研究，2005，31（6）：1132117.
[2]杨雪强，刘祖德.论深基坑支护的空间效应[J].岩土工程学报，1998，20（2）：74278.
[3]王芳，郭红仙.带阳角基坑空间效应的三维数值分析[J].铁道建筑，2006，12-0069-04
[4]吴志敏，屠毓敏.土钉基坑支护的空间效应研究[J].岩土力学，2007，10-2178-05
[5]俞建霖，龚晓南.深基坑工程的空间性状分析[J].岩土工程学报，1999，21（2）：21225.
[6]潘泓，周陈发，曹洪.复合土钉墙的角部空间效应及变形性状分析[J].岩土力学，2008，02-333-04
[7]杨育文.土钉墙空间效应和平滑破坏模式的三维分析[J].岩土力学，2004，增-0227-04.
[8]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.