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1、基坑分步開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形有限元分析 摘要：介紹了基坑支護(hù)計(jì)算常用有限元模型及其特點(diǎn)，應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)有限元法對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行研究分析，結(jié)果表明，施工工序?qū)χёo(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形影響很大，不考慮施工過程的計(jì)算結(jié)果偏于不安全。關(guān)鍵字：基坑有限元錨桿彎矩水平位移中圖分類號(hào)：TV551文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AFINITEELEMENTANALYSISOFTHEinternalforceanddeformationofretainingstructureinthestepexcavationoffoundationpitLiuShuqing（Instit
2、uteofGeophysicalProspecting，YellowRiverEngineeringConsultingCo.Ltd，Zhengzhou450003，Henan，China）Abstract:：Inthispaper,thecharacteristicsoffrequentlyusedfiniteelementmodelsoffoundationexcavationarepresented．Theresearchandanalysisontheretainingstructurebyusingthecontinuumfini
3、teelementmethodshowed，thatconstructionprocesseshaveagreateffectonstressand9deformentofretainingstructure．Thecalculationresultswithoutconsideringtheconstructionprocessareunsfe．Keywords：foundationpitfiniteelementanchorbendingmomenthorizontaldisplacement前言有限元法是基坑工程計(jì)算分析的主要方法，人
4、們根據(jù)不同的簡(jiǎn)化，建立了多種有限元模型，目前，基坑有限元模型大致可分為三類：彈性地基桿系有限元法（也稱彈性支點(diǎn)法）、彈性地基薄板有限元法和連續(xù)介質(zhì)有限元法。彈性地基桿系有限元法，是一種平面桿系有限元法，支撐、土體都被看作二力桿單元，擋墻則被看作彈性梁?jiǎn)卧?，模型比較簡(jiǎn)單方便，計(jì)算量小，目前應(yīng)用得較廣，但是該模型較為粗糙，并不能很好的考慮實(shí)際情況。彈性地基薄板有限元法也是建立在土的彈性本構(gòu)模型上的一種模型，計(jì)算也較為簡(jiǎn)便，但是它同樣存在桿系有限元方法的不足，不能模擬復(fù)雜因素的影響。9連續(xù)介質(zhì)有限元法，可以方便地考慮土體非線性及土的流變特性等復(fù)雜
5、因素的影響，彌補(bǔ)了以上兩種方法存在的不足，連續(xù)介質(zhì)有限元法假定擋墻為彈性體，土體可假定為線彈性體、非線性彈性體、彈塑性體、粘彈性體及粘彈塑性體等其它模型，支撐采用一維彈性桿單元來模擬，該法考慮了土體非線性的影響，且可以同時(shí)獲得擋墻的內(nèi)力、位移、支撐軸力、基坑周圍土體及基底土體的位移，能比較真實(shí)的反映基坑施工的全過程?；邮怯慑^撐、擋墻和土體相互作用而形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開挖和回填過程中，荷載、支承條件、結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)件組成等不斷發(fā)生變化，進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形計(jì)算分析時(shí)，需要考慮各施工工況之間受力和變形的繼承性，連續(xù)介質(zhì)有限元法
6、可以方便地定義施工工況，模擬基坑的開挖過程。文中應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)有限元法，采用有限元分析軟件PLAXIS，對(duì)考慮施工工況與不考慮施工工況兩種情況下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)略對(duì)比，分析在基坑開挖過程中各施工工況支護(hù)體系工作特性，分析支護(hù)體系變形和內(nèi)力的變化規(guī)律。1有限元計(jì)算模型的建立某基坑長(zhǎng)100m，寬30m，開挖深度為10m，地下水位在地面下3.0m，采用支護(hù)樁加2層錨桿支護(hù)方案，錨桿位置分別為地面下3m和6m處，樁徑為800mm，樁間距為1.2m。支護(hù)樁混凝土彈性模量E取為26000MPa，地面超載為20kN/m2；土體參數(shù)選取各土層加權(quán)平均值，土
7、體天然容重17.6kN/m3，飽和容重為19.5kN/m3,內(nèi)摩擦角為19.5°,9粘聚力c為10kPa，彈性模量E取為20Mpa。選取通過基坑長(zhǎng)邊中點(diǎn)的豎截面建立有限元模型，由于截面的對(duì)稱性，只需選取截面的一半進(jìn)行建模，基坑影響寬度取為三倍基坑深度30m，影響深度取為二倍基坑深度20m，左右邊界施加水平約束，底部邊界實(shí)際固定約束。圖1基坑開挖有限元模型2考慮施工工況與否的對(duì)比基坑開挖支護(hù)分五道工序進(jìn)行，分別為：1，支護(hù)樁成樁施工2，開挖至第一道錨桿位置處3，設(shè)置第一道錨桿并施加預(yù)加力4，繼續(xù)開挖至第二道錨桿位置處5，設(shè)置第二道錨桿并施加預(yù)
8、加力6，開挖至基坑設(shè)計(jì)深度比較考慮施工工況與不考慮施工工況兩種算法的差別，選取最后一道工序，即對(duì)基坑開挖全部完成時(shí)結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析。表1考慮施工工況與不考慮施工工況兩種方法計(jì)算結(jié)
