地鐵基坑開挖變形影響范文

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1三維有限元模型的建立

1.1有限元計算模型采用ANSYS有限元軟件對地鐵基坑及相鄰建筑基坑建立三維數(shù)值模型，取10m標(biāo)準(zhǔn)段作為計算寬度，基坑周圍土體及樁采用Solid45實(shí)體單元進(jìn)行模擬，樁土接觸部位采用接觸單元進(jìn)行模擬，鋼支撐采用桿單元進(jìn)行模擬。模型有限元網(wǎng)格見圖2。

1.2計算參數(shù)和邊界條件有限元模型假定水平方向指向建筑基坑為正，垂直方向向上為正，計算范圍水平方向取地鐵基坑遠(yuǎn)端圍護(hù)壁外側(cè)60m(約4倍基坑開挖深度)、建筑基坑近端圍護(hù)壁外側(cè)60m(約4倍基坑深度)，由于建筑基坑寬度較大，計算不考慮建筑基坑遠(yuǎn)端的影響;垂直方向取開挖面下45m(約3倍基坑深度)。模型側(cè)面均設(shè)法向約束，底部施加全約束。計算模型中灌注樁視為彈性材料，彈性模量25GPa，泊松比0.17，容重25kN/m3，根據(jù)地質(zhì)報告及有關(guān)試驗數(shù)據(jù)，計算中土體物理力學(xué)參數(shù)見表1。

1.3工況模擬為了分析不同間距情況下建筑基坑對地鐵基坑開挖變形的影響，選取兩基坑間距分別為10m、20m、30m、40m、50m共5種工況，結(jié)合地鐵基坑開挖的施工工序，對計算工況和步驟的定義見表2.不同的α、k在π平面上代表不同的圓(見圖3)。各準(zhǔn)則的參數(shù)換算關(guān)系見表3。

1.4屈服準(zhǔn)則有限元計算中巖土材料本構(gòu)模型采用理想彈塑性模型，計算結(jié)果與屈服準(zhǔn)則的選取密切相關(guān)。巖土工程中傳統(tǒng)的極限平衡法采用摩爾－庫侖準(zhǔn)則，但是由于摩爾－庫侖準(zhǔn)則的屈服面為不規(guī)則的六角形截面的角錐體表面，存在尖頂和菱角，給數(shù)值計算帶來困難。ANSYS軟件采用的廣義米賽斯準(zhǔn)則在π平面上為圓形，圓形在程序的編制上更容易實(shí)現(xiàn)，而且不存在尖頂處的數(shù)值計算問題，計算效率很高，目前被廣泛使用:ANSYS軟件采用的是摩爾－庫侖不等角六邊形外接圓屈服準(zhǔn)則(DP1)，研究表明，采用該準(zhǔn)則與傳統(tǒng)摩爾－庫侖屈服準(zhǔn)則的計算結(jié)果有較大誤差。本文采用了徐干成、鄭穎人(1990)提出的摩爾－庫侖等面積圓屈服準(zhǔn)則(DP3)代替?zhèn)鹘y(tǒng)摩爾－庫侖準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則在巖土工程有限元計算中具有較高的計算精度。

2計算結(jié)果分析

2.1地鐵基坑變形分析根據(jù)有限元計算結(jié)果，隨著基坑的開挖，地鐵基坑兩端圍護(hù)壁均向內(nèi)側(cè)變形，變形值隨開挖深度的增加而增大，本文選取開挖完成后的情況進(jìn)行分析。開挖完成后實(shí)際工況20m間距基坑遠(yuǎn)端圍護(hù)壁變形6.65mm，近端圍護(hù)壁變形8.45mm，基坑底部隆起量為26.15mm，地鐵基坑變形見圖4、5。

2.2基坑間距的變形影響分析

2.2.1側(cè)向變形除實(shí)際工況20m基坑間距外，計算選取開挖完成后基坑間距為10m、30m、40m、50m進(jìn)行對比分析，地鐵基坑側(cè)向變形隨基坑間距的變化關(guān)系見圖6、7。從圖中可以分析得出:(1)隨著基坑間距的增加，地鐵基坑近端、遠(yuǎn)端圍護(hù)壁側(cè)向變形均逐漸減小，近端圍護(hù)壁最大側(cè)向變形從12.75mm減小到6.42mm，變化幅度為49.7%，遠(yuǎn)端圍護(hù)壁最大側(cè)向變形從6.85mm減小到5.89mm，變化幅度為14.0%，基坑間距的變化對地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形影響較大，間距為50m時，基坑近端、遠(yuǎn)端圍護(hù)壁的側(cè)向變形趨于相等;(2)基坑間距在10～30m范圍內(nèi)變化時，地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形與基坑間距大致成線性關(guān)系，基坑間距在30～50m范圍內(nèi)變化時，地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形隨其變化幅度逐漸減小(見圖8)。

2.2.2坑底隆起量基坑坑底隆起量與基坑間距之間的關(guān)系見圖9。從圖中可以分析得出(1)隨著基坑間距的增加，地鐵基坑坑底隆起量逐漸增大，從25.49mm增大到26.5mm，變化幅度為4.0%，基坑間距的變化對地鐵基坑坑底隆起量影響比對基坑側(cè)向變形的影響要小一些;(2)基坑間距在10～30m范圍內(nèi)變化時，地鐵基坑坑底隆起量與基坑間距大致成線性關(guān)系，基坑間距在30～50m范圍內(nèi)變化時，地鐵基坑坑底隆起量隨其變化幅度逐漸減小。

3結(jié)論

(1)隨著基坑間距的增加，地鐵基坑近端、遠(yuǎn)端圍護(hù)壁側(cè)向變形均逐漸減小，基坑間距較小時，地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形大于遠(yuǎn)端側(cè)向變形，基坑間距的變化對近端圍護(hù)壁的側(cè)向變形影響較大，至間距為50m時，地鐵基坑近端、遠(yuǎn)端圍護(hù)壁側(cè)向變形趨于相等;(2)隨著基坑間距的減小，地鐵基坑坑底隆起量逐漸減小，相鄰基坑開挖卸載，可以減小地鐵基坑坑底的隆起量，但基坑間距對坑底隆起量的影響比對基坑圍護(hù)壁側(cè)向變形的影響要小一些;(3)基坑間距在10～30m范圍內(nèi)變化時，地鐵基坑近端圍護(hù)壁側(cè)向變形和坑底隆起量與基坑間距均大致成線性關(guān)系，基坑間距在30～50m范圍內(nèi)變化時，變化幅度明顯減小。可以認(rèn)為已成建筑基坑對地鐵基坑開挖變形的影響范圍為30m左右，由于地鐵基坑的開挖深度為15.4m，因此，影響范圍約為2倍的基坑開挖深度。

作者：呂文龍陳東升胡曉文喻暢單位：中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司