正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在樁錨支護(hù)深基坑變形數(shù)值模擬中應(yīng)用

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1、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在樁錨支護(hù)深基坑變形數(shù)值模擬中應(yīng)用摘要：該研究依托于鐘鼓樓北京時(shí)間博物館基坑工程，對(duì)深開(kāi)挖進(jìn)行了多因素多水平的有限元數(shù)值模擬，從而分析各因素對(duì)基坑變形的影響。采用MIDASGTS軟件建立了有限元模型，以基坑水平位移為目標(biāo)值，對(duì)影響支護(hù)效果的因素超載、圍護(hù)樁直徑、圍護(hù)樁嵌固深度、錨桿長(zhǎng)度、錨桿傾角、錨桿位置、錨固力等進(jìn)行了5因素的4水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，得出深開(kāi)挖中的各個(gè)因素對(duì)樁錨支護(hù)深開(kāi)挖變形的影響程度。分析結(jié)果表明：超載對(duì)基坑最大水平位移影響比較大，錨桿位置的影響次之，其他因素諸

2、如樁徑、錨固力等對(duì)基坑變形的影響較小。關(guān)鍵詞：正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)基坑水平變形有限元數(shù)值模擬樁錨支護(hù)中圖分類(lèi)號(hào)：TU753文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-3973(2013)012-001-031引言20世紀(jì)90年代后，我國(guó)土木工程建設(shè)得到了飛速發(fā)展，建筑物越來(lái)越高，地下建筑設(shè)施越來(lái)越多，地下停車(chē)庫(kù)、地下商店、地下鐵道車(chē)站、地下人防工程等大量建造，基坑開(kāi)挖深度超過(guò)10m的隨處可見(jiàn)，并且工程條件更加復(fù)雜，土體情況多樣，基坑周?chē)ㄖ锩芗⒂薪诲e(cuò)的管道分布，這些因素導(dǎo)致基坑工程的難度大大提升。然而對(duì)于基坑工程的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)受到很

3、多方面因素的影響，從諸多因素中找到某個(gè)或者少量的某幾個(gè)對(duì)基坑支護(hù)影響明顯的因素可以更好的指導(dǎo)基坑工程，從而使得工作人員可以抓主要矛盾，提高效率，降低成本。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是用于多因素試驗(yàn)的一種科學(xué)分析方法，它是從全面試驗(yàn)中挑選出部分具有代表的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些代表點(diǎn)具有均勻和整齊的特點(diǎn)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是基于方差分析模型的部分因子設(shè)計(jì)方法，水平較少的情況下具有很高的效率，經(jīng)常用來(lái)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，以便盡快找出試驗(yàn)中各參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響程度。在樁錨聯(lián)合支護(hù)中，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)支護(hù)效果影響的因素有超載、面層厚度、圍護(hù)樁直徑、

4、圍護(hù)樁嵌固深度、錨桿長(zhǎng)度、錨桿角度、錨固力等。本文依托于鐘鼓樓北京時(shí)間博物館基坑工程，分析研究了多層樁錨支護(hù)深基坑的上述變形影響因素，并利用MIDASGTS有限元軟件數(shù)值模擬深開(kāi)挖變形，對(duì)數(shù)值模擬進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，找出了各因素敏感程度，得出了超載等因素對(duì)基坑變形起控制作用，并就重要的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了討論，希望能夠給基坑工程的變形控制提供指導(dǎo)性的意見(jiàn)。2正交試驗(yàn)方法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是利用“正交表”進(jìn)行科學(xué)地安排與分析多因素試驗(yàn)的方法，是一種高效、快速、靈活的多因素、單效應(yīng)變量試驗(yàn)方法。其主要優(yōu)點(diǎn)是能在很多試驗(yàn)方案中挑選出代

5、表性強(qiáng)的少數(shù)幾個(gè)試驗(yàn)方案，并且通過(guò)這少數(shù)試驗(yàn)方案的試驗(yàn)結(jié)果的分析，推斷出最優(yōu)方案，同時(shí)還可以作進(jìn)一步的分析，得到比試驗(yàn)結(jié)果本身給出的還要多的有關(guān)各因素的信息。同常規(guī)方法相比，可大大減少試驗(yàn)次數(shù)和設(shè)計(jì)分析的繁雜，所獲取的因素水平組合亦能達(dá)到較佳水平，因此己被廣泛應(yīng)用。例如，作一個(gè)三因素三水平的實(shí)驗(yàn)，按全面實(shí)驗(yàn)要求，須進(jìn)行33=27種組合的實(shí)驗(yàn)，且尚未考慮每一組合的重復(fù)數(shù)。若按L9(33)正交表安排實(shí)驗(yàn)，只需做9次，按L18(37)正交表進(jìn)行18次實(shí)驗(yàn)，顯然大大減少了工作量。正交設(shè)計(jì)已有幾十年歷史，60年代末期在我國(guó)開(kāi)

6、始普及使用，70年代迗到高潮，許多高校已將試驗(yàn)設(shè)計(jì)(正交設(shè)計(jì)和均勻設(shè)計(jì)占主要地位)列入教學(xué)計(jì)劃之中。長(zhǎng)期實(shí)踐證明，由于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便易學(xué)、科學(xué)高效、效果顯著等特點(diǎn)，其已成為研究人員普遍使用的幾種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法之一。3算例分析3.1工程概況工程位于北京市東城區(qū)交道口街道鼓樓東大街及地安門(mén)大街交匯處的東南角，后鐘鼓樓北京時(shí)間博物館基坑實(shí)際開(kāi)挖深度15.30m，基坑支護(hù)采用樁錨聯(lián)合支護(hù)體系，圍護(hù)樁冠梁頂部設(shè)置組合柱磚墻護(hù)樁直徑800mm，樁間距1500mm,樁身材料為C25砼。共設(shè)置4道預(yù)應(yīng)力錨桿，設(shè)計(jì)拉力值分別為30

7、0kN，350kN,400kN,400kN。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地土自上而下依次為：（1）素填土；（2）細(xì)砂；（3）粘土；（4）粉土；（5）粘土；（6）細(xì)砂；（7）圓礫；（8）細(xì)砂。表1列出了場(chǎng)地土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，包括厚度、重度、彈性模量、泊松比、粘聚力、摩擦角。3.2基坑開(kāi)挖數(shù)值模擬利用MIDASGTS所建立的樁錨支護(hù)模型如圖1所示，數(shù)值模擬基坑水平位移云圖如圖2所示。按照分布開(kāi)挖進(jìn)行施工工況模擬，并將結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)對(duì)比，基坑最大水平位移與實(shí)測(cè)值對(duì)比如圖3所示。數(shù)值模擬基坑最大水平位移值為24.64mm，

8、實(shí)際監(jiān)測(cè)基坑頂部最大水平位移值為21.22mm，兩者相差3.42mm,模擬與監(jiān)測(cè)在整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中得到的水平位移變化趨勢(shì)也是相似的，所以數(shù)值模型可以用來(lái)進(jìn)行正交試驗(yàn)研究。4正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)本文研究的是多因素問(wèn)題，基坑開(kāi)挖引起的多種變形效應(yīng)受到許多因素的影響?，F(xiàn)選取影響支護(hù)效果的因素超載、護(hù)樁直徑、圍護(hù)樁嵌固深度、錨桿長(zhǎng)度、錨桿傾角、錨桿位置、錨固力等進(jìn)行分析。4.