基于PLAXIS 3D有限元软件的某坑中坑开挖影响分析

基于济南西客站片区某深大基坑,利用有限元软件PLAXIS 3D强大的前处理和网格细化分功能,运用考虑土体加/卸荷作用的土体硬化本构关系,建立能够考虑基坑空间效应的三维整体有限元模型。通过数值模型的结果,详细地展现了排桩支护结构在不同施工阶段、不同平面位置处的位移和弯矩变化,同时着重分析了与坑角位置处相应值的对比;总结了桩后土体深层水平位移变化规律,显示出了明显的影响分区;并研究了内坑开挖中坑趾系数、内坑深度与内外支护结构间距比等因素对外坑支护结构产生的影响。对于超深超大基坑建立三维计算模型,考虑坑中坑开挖工况对基坑支护结构及周边环境影响,对于把握基坑整体工作机理,避免安全事故,精细基坑设计的整体布局和空间优化具有借鉴及参考意义。     

相邻双基坑开挖相互影响三维性状分析

相邻基坑开挖引起围护结构和周围土体变形与基坑单独开挖存在较大的差异,目前较缺乏考虑相邻基坑开挖产生的相互影响及其空间效应的研究。以实际相邻双基坑工程为分析原型,建立其开挖的三维有限元模型,研究双基坑开挖的空间效应。分析了相邻基坑同步开挖和不同基坑间距对基坑间土体沉降、支护结构内力、支护结构位移、坑底隆起、坑外地表沉降等的影响,探讨基坑开挖角部刚度效应。结果表明:相邻基坑开挖影响支护结构的内力和位移分布;基坑间土体沉降产生叠加影响,沉降量大于基坑两侧地面;近端支护结构变形和坑底隆起小于远端。基坑角部刚度效应在一定范围内会较明显地限制土体变形和支护结构的位移,且角部刚度效应随开挖深度增大而增大。基坑间距对相邻基坑产生相互影响的范围为2.5~3倍基坑开挖深度。     

复合土钉支护转角有利影响范围

基坑复合土钉墙转角处有明显的空间效应,受力变形较小,对支护结构有利,但不清楚转角定量的有利影响范围,目前设计中仍按照与基坑中部一样保守设计,为在此范围内降低土钉用量,避免保守设计,对水泥土搅拌桩复合土钉支护结构建立了全尺寸整体三维有限元模型,这种模型包含基坑的转角,能考虑基坑的空间效应,通过建立接触面单元,能考虑土体和搅拌桩、土体和土钉的相互作用,量化分析了基坑转角对支护结构受力和变形的有利影响范围,计算结果表明,基坑转角对开挖面水平位移、地表沉降、坑底隆起、土钉轴力的有利影响范围分别约为1.3、1、1、1.2倍的开挖深度。经与实际工程现场实测值对比,验证了该模型分析结果的可靠性,同时分析结果优于平面二维和局部三维有限元模型,结论为复合土钉支护结构的优化设计和安全施工提供了理论依据和研究方法。     

软土地区坑靠坑开挖耦合效应分析

坑靠坑开挖耦合效应影响范围的研究是群坑工程中围护支撑体系设计和对周围环境保护的重点。根据上海软土地区采用地下连续墙支护的深基坑工程案例,基于土体修正剑桥模型,对地下连续墙基坑建立了不同开挖深度和不同基坑间距的坑靠坑有限元平面应变模型。研究分析了单一基坑开挖后,地表沉降和地下连续墙水平位移计算值与实测值的关系。并通过对不同基坑间距和不同开挖深度基坑模型计算值的研究,得到了坑靠坑开挖耦合效应的规律。结果表明:所建模型、土体本构模型以及土体参数具有较好的准确性;坑靠坑开挖产生的耦合效应随着基坑间距的增大而逐渐减小,且减小幅度变缓,确定了产生坑靠坑开挖耦合效应基坑间距的下限值为10倍开挖深度。     

台宽比对坑中坑基坑变形的影响分析

台宽比即坑中坑基坑土台与基坑宽度的比值。作为坑中坑基坑的重要设计参数,台宽比对基坑变形有着直接的影响。本文运用二维有限元软件对不同台宽比下某深长坑中坑基坑开挖进行动态模拟,通过对地表沉降和围护墙体变形规律分析得出有利于此类基坑设计的指导性建议。其中:当台宽比小于0.67时,基坑左侧不宜按外坑深度进行单元计算,可考虑按基坑总深度进行单元计算;当台宽比大于等于0.67时,基坑左侧可考虑按外坑深度进行单元计算;当台宽比小于0.67时,基坑右侧宜按基坑总深度进行单元计算;当台宽比大于等于0.67时,可适当减小基坑右侧单元计算深度;当台宽比不大于0.5时,内坑支护效应对基坑的整体稳定性影响较大,宜增加中墙整体刚度或插入比。     

软土深基坑支护结构内力与变形时空效应的影响因素分析

采用Mindlin厚板理论,建立了深基坑支护结构内力与变形时空效应的三维有限元分析模型.以上海某深基坑为工程原型,利用所编制的计算程序,详细探讨了分步开挖深度、基坑开挖宽度、边界约束条件、地基流变等因素对支护结构内力和变形时空效应的影响,揭示了各种因素对软土深基坑支护结构内力与变形时空效应影响的规律,其结论可为深基坑支护设计、施工及周围环境保护提供参考.     

超大型深基坑开挖过程三维有限元分析

建立三维有限元模型对软土地区某中心岛顺作、周边逆作的超大型深基坑进行分析,计算中假定土体为横观各向同性体,考虑土与结构的共同作用以及土体分层、分区开挖和支护结构分区施工.将计算结果与实测值进行比较,表明考虑土体为横观各向同性体的三维有限元分析方法可以较好地模拟开挖过程基坑的变形特性.分析了分层分区开挖和支护结构分区施工对基坑维护结构变形特征的影响,结果表明分层分区开挖对基坑变形有较大影响.     

基于坑角效应的桩锚支护设计优化研究

本文以长春市某桩锚支护深基坑工程为依托,通过对其工程资料进行整理分析并建立有限元模型,对该基坑的开挖过程进行数值模拟.通过分析开挖时其支护结构的变形规律,发现坑角处支护结构的变形远远小于中部支护结构的变形,即该基坑存在明显的坑角效应.且根据相关公式计算出了该基坑坑角效应的影响范围,并提出了两种关于坑角效应影响范围内的支护结构优化方案,分别是增大锚索间距与减小支护桩桩径,利用有限元模拟对两种优化方案进行比选分析,最终得出增大锚索间距为该基坑最佳的优化方案.     

基于MIDAS/GTS对悬臂式支护基坑空间效应的研究

利用MIDAS/GTS有限元软件对不同长宽比和不同开挖工况下悬臂式支护基坑的变形情况进行数值分析,结果表明当基坑长宽比L/B2时,基坑长边全长都存在空间效应;当L/B2时,距基坑角部大于1倍宽度区域内水平位移趋于稳定,其值和二维平面应变结果相近;距基坑坑壁小于1/2倍基坑宽度范围内坑底隆起量随距离增大而增大,大于1/2倍基坑宽度范围内坑底隆起量趋于稳定;基坑开挖深度对基坑空间效应的影响较显著,随开挖深度增加空间效应逐渐增强。     

超深双排桩支护体系的影响因素分析

双排桩支护体系因其在基坑支护工程中有较大优势,所以被经常采用,然而其受力机理仍不甚明确,在设计中不同因素对双排桩支护体系的影响还需进一步研究。本文利用ABAQUS有限元软件,以天津某深基坑工程为例,建立三维有限元模型,分析了基坑开挖深度、开挖宽度、双排桩排距、桩长等不同因素对超深双排桩支护体系受力和变形的影响。结果表明,基坑开挖深度和宽度对双排桩支护结构体系有明显的影响,且合理的排距和桩长可以有效控制双排桩支护结构的位移。最后,本文将有限元模拟结果与实测数据进行对比,验证了该有限元模型的合理性。     

排桩内支撑支护结构优化设计方法研究

指出岩土层工程地质条件下的超深基坑支护设计应综合考虑支护结构与周边环境的协调,为说明组合式支护结构在超深基坑支护工程中的应用,结合海景公寓深基坑工程设计方案,采用有限元计算软件SAP2000进行结构计算,验证了组合式支护结构在超深基坑支护中的适用性。     

基坑开挖过程围护结构稳定性分析与应用

由于苏州火车站基坑开挖面积与深度较大,为确保施工安全,通过ANSYS有限元软件计算对围护结构在开挖过程各阶段基坑稳定性进行了评价,并通过计算分析结果,得知钢结构支撑能有效地减小墙体应力应变,作用明显,从而制定了基坑开挖的具体施工方法与支撑施工要求。     

坑外荷载对软土地区基坑开挖变形性状的影响

针对基坑开挖时坑外通常存在着建筑材料、车辆和其他荷载的情况,基于Biot三维固结理论开发了可以考虑流固耦合的三维基坑有限元程序,分别研究了坑外荷载大小、荷载施加时间和荷载施加区域对基坑支护结构水平位移、坑外地表沉降和坑底隆起变形的影响。结果表明:荷载大小对基坑支护结构的水平位移、地表沉降和坑底隆起变形影响较大;荷载施加时间和荷载施加区域则仅仅对支护结构水平位移和地表沉降影响较大,对坑底隆起变形影响较小;在对基坑进行工程设计时,应考虑坑边荷载的影响。     

复杂环境下深大基坑开挖监测与数值模拟分析

以兰州市某复杂环境下深大基坑工程为案例,该基坑开挖深度为17.70~19.10m,主要采用“咬合桩＋预应力锚杆”支护结构,局部采用土钉墙。根据该基坑周围土体、支护结构、邻近建筑监测数据和基坑开挖数值模拟,分析基坑开挖过程中基坑变形性状和基坑开挖对邻近建筑的影响。研究发现：在开挖过程中,基坑支护结构、基坑周围土体和邻近建筑三者变形相互影响;基坑支护结构应避免出现结构性状突变;咬合桩加预应力锚杆的支护结构适用于兰州地区深大基坑项目。最后借助Plaxis3D有限元软件对基坑开挖过程进行数值模拟,模拟结果与监测结果趋势一致,但咬合桩的研究需深入。该深大基坑支护结构对邻近建筑变形起到良好的控制作用,为兰州地区类似基坑项目提供了很好的案例,为复杂环境下深大基坑项目的设计提供参考。     

柔性挡土结构空间土压力性状的三维有限元分析

为了研究基坑开挖对柔性挡土结构土压力空间分布规律的影响,进而为基坑的设计与安全防护提供相应依据,用ABAQUS建立基坑开挖的有限元模型,分析基坑开挖对挡土结构“单片墙”空间土压力的影响。考虑了不同刚度、有无支撑、不同开挖深度对挡土墙不同部位的土压力分布和挡土墙位移的影响,并将挡土结构三维土压力分布规律与二维数据进行了对比,验证了三维有限元模拟的必要性,对比了加支撑与否对基坑土压力空间分布的影响。结果表明:“单片墙”主动区土压力呈马鞍状分布,挡土结构后部土体的影响范围和下部土体的影响范围都约为2倍开挖深度;支撑结构极大地限制了墙后土体危险区域的范围,但是对墙下土体的限制作用并不是很明显。     

基坑开挖的角部效应分析

在经济高速发展的今天,城市土地的利用率越来越高,基坑与周边建筑物的间距越来越小,基坑开挖的可利用空间越来越小,基坑形状也更加不规整,基坑设计困难加大。如何保证基坑稳定的情况下充分利用土地资源,成为当前设计的突出情况。而这些不规则基坑,存在大量的转角,如何考虑这些转角也是当前基坑设计的重要问题之一。只有掌握转角对基坑稳定的影响规律,才能充分合理的考虑基坑的角部效应,拟定相应工程措施来改善结构受力,节省工程造价。因此,对于角部效应的分析对城市建设中基坑开挖具有一定的指导意义。论文运用三维有限元分析的相关原理建立基坑三维模型分析基坑的角部效应,从而为实际工程提供一定的参照。     

带阳角深基坑变形及其影响因素分析

深基坑工程大型化、不规则趋势导致其变形影响因素更加复杂。为进一步提高不规则深基坑开挖过程的安全可靠性,借助有限元分析技术,对带阳角土岩组合深基坑变形影响因素进行分析。首先,构建带阳角深基坑有限元分析模型,其中,土体结构采用Mohr-Coulomb模型,岩体结构采用节理材料模型,锚杆、土钉与混凝土结构采用线弹性模型;然后,结合工程实际,通过阳角尺寸、覆土层厚度、锚杆布设等因素的影响分析,对带阳角土岩组合深基坑工程的变形特性进行研究,绘制了土岩组合深基坑变形与覆层土厚度关系曲线,以及不同阳角尺寸和不同覆土层厚度引起的深基坑水平位移变化规律曲线。研究表明,该深基坑阳角与阴角效应显著,阳角最大水平位移随覆土层厚度增加而增大,随护坡结构层厚度增加而减小,随锚杆直径增加而减小。研究可为同类工程的施工安全提供保障,使不规则深基坑工程施工更加科学、合理、经济、可靠。     

地铁车站深基坑工程的监控量测与数值模拟

 以南昌地铁艾溪湖东站深基坑工程为研究对象,对现场施工过程的监控量测数据进行分析,重点研究深基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律,并对工程受地下水的影响效应作简明陈述。同时,利用ABAQUS对第二施工区段建立三维有限元计算模型,对车站深基坑的施工过程进行模拟,对比分析围护结构变形的计算结果与监测结果,最终证明在南昌富水地质条件下地铁车站深基坑施工所设计采用的围护结构是安全合理的,围护桩与支撑组合结构能有效地控制地铁深基坑施工过程中土体变形。     

深基坑桩锚支护体系变形特征研究

为研究深基坑中桩锚支护体系变形特性及其空间分布特征,以北京某深基坑为例,采用三维有限差分软件,建立桩锚支护体系分析模型,并将数值分析结果与现行规范计算结果及实测成果进行对比分析。分析结果表明:(1)基坑位移随基坑开挖深度的加大而逐渐增大;(2)阳角部位产生最大变形,阳角效应明显,易发生失稳现象;(3)阴角部位对基坑变形有一定的约束能力,但影响范围很小,在基坑设计中可不考虑阴角约束作用;(4)沿基坑长度方向上,位移分布未呈现明显差别,空间部分效应较不明显;(5)基坑桩顶产生较大的水平位移,而最大水平位移产生在护坡桩桩顶以下至1/2基坑深度范围内,深基坑工程宜加强深层水平位移监测;(6)预应力锚索随空间分布的不同内力无明显差异。