数值分析在基坑工程中的应用
某深基坑开挖过程的三维数值分析
明显 的 “ 脚 ” 象 ； 坑 由 于开 挖 卸 荷会 导 致 明 显 的 基坑 隆起 ； 外 地 表 沉 降 影 响 范 围 主要 在 开 挖 深 度 的 一 倍 范 踢 现 基 坑
嗣内 ； 坑 开 挖也 会 引 起 相邻 高架 桥 桩 的侧 向变 形 ， 大 侧 移 发 生在 开 挖 面 附 近 。计 算 得 到 的地 连 墙 和 高 架 桥 桩 基 最 的侧 向 变形 规 律 与 已有 文献 的 实 测沉 降 规 律 基 本一 致 ， 证 了计 算 结 果 的 正确 性 。分 析 结 果 为 类 似 工 程 设 计 与 施 验 工 提 供 了有 益 参 考
式 为
ｇ ＝ｏｌ ｒ３ ｒ —ｏ Ｎ （ ５）
式 ｝耋 ； 剪 角 中Ｎ ＋ 为 胀 。 ＝一
张 拉 屈 服 势 函 数 ｇ 对 应 于 拉 应 力 破 坏 的 相 关 ‘
车 站 深 基 坑 开 挖 变 形 规 律 ， 的 是 为 地 铁 车 站 深 基 目 坑 的信 息 化 施 工 提 供 科 学 依 据 。
第 １卷 第 ４期
２００９ 年 ７ 月
南 阳 理 工 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＡＮＹＡＮＧ Ｉ Ｔ ＴＵＴ ＮＳ Ｉ Ｅ ＯＦ Ｔ ＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ ．１ １ ＮＯ ４ ．
Ｊ ．２０ ｕ１ ０ ９
某 深 基 坑 开 挖 过 程 的 三维 数 值 分 析
； 凝聚力； 摩擦角。 ｃ为
拉强度 。
土体 屈服之后 ， 在任一 应力增量 过程 中 ， 变 由 应 弹性分量 和塑性 分量两部 分构成 ， 因此有 ：
ｄ ＝（ ） ｄ ＋（ ｓ ） ｄ （） ３
与土体相 互作用 ， 断调整 自身受力 与变形 ， 基坑 不 使 内外土体 保持稳定 或 失稳 状 态 ， 是一 个 机理 复 杂 这
基坑支护现场试验研究与数值分析
基坑支护现场试验研究与数值分析随着城市化进程的加快，建筑行业得到了迅速发展。
在高层建筑和地下空间利用等领域，基坑工程越来越成为关键的支撑结构。
为了保证基坑工程的稳定性和安全性，开展基坑支护现场试验研究与数值分析显得尤为重要。
本文将介绍基坑支护现场试验的主要步骤和数值分析方法，并针对具体案例进行深入研究。
在基坑支护现场试验研究中，首先要明确研究目的和方法。
其主要目的是验证支护结构的承载能力和稳定性，为工程设计和施工提供科学依据。
试验方法包括原型试验和模型试验，其中原型试验能够真实地反映基坑实际情况，但成本较高；模型试验则可以在一定程度上模拟实际情况，做到初步的评估和优化。
在基坑支护现场试验研究中，数值分析扮演着举足轻重的角色。
数值分析可以针对复杂的边界条件和荷载工况进行模拟，从而得到更精确的预测结果。
在数值分析过程中，首先要对支护结构进行离散化处理，将其分解成有限个单元体。
随后，根据力学平衡原理和材料本构关系，建立数值计算模型，并运用有限元方法进行求解。
针对某一具体案例，我们进行了基坑支护现场试验研究。
该案例的基坑深度为10米，采用钢板桩支护结构。
在试验过程中，我们对支护结构的变形、内力和土压力等进行了监测。
通过分析监测数据，我们发现钢板桩支护结构能够有效地提高基坑稳定性，减小变形量。
在数值分析过程中，我们运用有限元方法对现场试验案例进行了模拟。
通过对比试验结果和数值分析结果，我们发现数值分析结果与实际情况较为接近，从而验证了数值分析的可靠性和准确性。
在此基础上，我们可以进一步探讨不同工况下的支护结构性能和优化设计方案。
基坑支护现场试验研究与数值分析是确保基坑工程稳定性和安全性的重要手段。
在试验过程中，我们需要注意数据的准确性和可靠性，以便更好地反映支护结构的实际性能。
数值分析作为一种有效的预测方法，可以为工程设计和施工提供重要的参考依据。
在今后的研究中，我们可以通过加强试验研究和数值分析的结合，深入探讨复杂工况下的支护结构性能，不断完善现有的支护设计方法，以适应更高难度的基坑工程需求。
三维数值分析在深基坑抽水试验中的应用
该盾 构出洞工作井采用 １ ０ ｍ ２ ０ ｍ地下连续墙围护结构 ，共 ５ ４幅 ，最
深 约 ４ ｍ 深 入 卵 砾 石 层 内约 １ ｍ，深 浅基 坑 问 采 用 ６ Ｏ ｍ地 下 墙 封 ７， Ｏ Ｏｍ 堵 ，共 ８幅 。 主 体 结 构 采 用 明挖 逆 作 法 施 工 ， 围护 设 计 外 包 尺 寸 ２ ． ５ ２ ｍ× ８ ． ｍ 设 ５道 钢 筋 混 凝土 圈梁 和 １道 ６ ９× １ ｍ ６８， ０ ６ ｍ钢支 撑 。两
水试验 ，运用三维非稳 定流有限差分 法对抽水试验过程进行模拟 ，求得该 深基坑各层的水文地质参数作 为设计计算依据 ，对围护进行 了重大设计变 更。该抽 水试验结论及论证结果可对类似位 于高风险的承压含 水层地质条件 下的过 江隧道 、城 市地铁 等超深基坑的设计及施 工、风险控制等提供相
关技 术 支持 。
【 关键词 】 承压水
抽水试验
有 限差分法
数 值分析
１工 程 概 况
１ １基 坑 概 况 ．
利用 １ ２口试 验井进 行各类工况 的单井及群井抽水试验 ，共 ８只进 口水 位测试 探头 ，７只放 置于观测井 内 （ Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６、Ｊ７、Ａ１、 Ａ２ ，１只放置于抽水试验井 内，利用数据采 集仪与 电脑连接后 、Ｂ１） 自动采集 水位 标 高与时 间相对关 系 ，数 据采集 正 常问隔 时问设 定为
３ ｓ，最 小 间 隔 时 间 为 ５ ０ Ｓ，共 采 集 试 验 数 据 ４ １ ４ ， 进 行 五类 工 况 ７组 模 拟 抽水 试 验 ：
１）单 井 连 续 抽 水 至 稳 定 其 余 １ 井 观 测 水 位 降 ， 及 单 井 停 水 至 １口 稳 定 其 余 １ 口井 观 测 回 水 ； ｌ
数值法在基坑降水中的应用
１ 基 坑 降水 的地 下水数 值模 拟
据研究 区所在 的区域岩土勘探报告 ， 基坑面积 ８５０ｍ ， ０ 基坑
开挖 ９０ 静水位 埋深 ５３ｎ ．０ ｍ， ．Ｉ 。本降水工程 ， 场地邻近地表水体
较为发育 ， 地下水补给条件较好 ， 且含水层含 水介质 为细粒 、 中粒 砂层 ， 因此选择 了管井井点降水方案进行降水 。 在模 拟评 价过程中 ， 首先根据地质 模型建立 水文地 质概念模 型 ， 建立数学模拟模型 ； 用 Ｖｓａ ｄ ｏ 再 利 ｉ ｌ ｆ ｗ软件 ， 拟降水条件 ｕ Ｍｏｌ 模 下 的水位 变化 与涌水量的大小 ， 进而为相关评价提供基础 。 １ 基坑 所 穿越 土层 次 由上 而 下为 ： 素填 土 层 ， 均 厚度 ） ① 平 ３４ｉ； 土、 ． ②粘 ｎ 砂质粘土地层 ， 层厚 ５ １ ｌ ．０ｎ ③粘 土质 砂及 细砂 ， ； 厚度 约 ３ ７ ④ 粘土及 砂质粘土厚度约为 ６ ５ 。根据其地质 ．５ｍ； ． ５ｉ ｎ 模 型建立 水文 地质模 型 ， 从上而下分 为第一含 水层 、 第一 隔水层 、 第二含水层 、 第二隔水层 。 ２ 依据概化 的水文地质模 型建立相应 的数学模 型 ： ） （ 塑） ＋立 （
２ １． ． ０ １ ０ｌ ０１ ２ １ ．２ ０ ０ １０ ．８ ２ １ ．３Ｏ ２ １ ．３３ ０ １ ．６ ０ Ｏ １ ． ０ Ｏ
大时 ， 锚索锚在砂层 中的情况 会 比粘 土 中安 全很 多 ， 层 不会 因 砂 为含水量 增大变为可塑或导致 Ｃ， 急剧变化 ， 以锚索 的拉力损 所 失相对较 小。４ 锚索 拉力 的监测是这类 基坑 的关 键 ， 索拉 力值 ） 锚 长期不变 要检查设 备是 否失效 破 坏。锚索 拉力 损失原 因有 可 能 是人 为安 装造成 、 土体含水量 增大产生锚 索滑移导 致 的锚 索拉 力 损失 、 锚索钢绞线断裂或 者钢 围檩 背后 桩体位移大 而导 致锚索 拉 力损失 。所 以要时刻 注意锚 索拉 力 、 桩体 位移 数值 和 渗水情 况 ，
数值计算在深基坑工程中的应用研究
Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｔｉ ｐ ｐ ｒ ｉ ｉ ｕ ｉｇＮ ｎｉｇｌｒｅ ｓａｅｅ ｃｖ ｔ ｎｐｔ ｓａ ｘ ｍ ｌ． ｈｏ ｇ ｉ ｕａ ｄｂ ｓｒ ｃ：Ｉ ｓ ａ ｅ， ｔ ｓ ｓ ａｊ ｇ － ｃｌ ｘ ａａｉ ｉ ａ ｎｅ ａ ｐｅ Ｔ ｒｕｈ ｓ ｌ ｅ ｙ ｈ ｎ ｎ ａ ｏ ｍ ｔ
江 苏 建 筑
２１ ０ ０年 第 ６期 （ 总第 １ ８ ） ３期
６ ９
数值计算在深基坑工程中的应用研究
李 刚 赵 久凤 ， 志铖 ， 张
（南 京市 建筑 工程 质量 监督 站 ， ｔ 江苏 南京
２ ０ ０ ； 京工 业大 学土 木 工程学 院 ， １ ０ ７ 南 江苏 南京
２０ ２ ） １０ ４
２００ ； １０ ９
南 京南 大岩 土 工程 技术 有 限公 司 ， 苏南 京 江
［ 摘 要】 文章以南京市某深大型基坑工程为例， 运用Ｐａｉ软件进行数值模拟计算， ｌ ｓ ｘ 得到了基坑柱列式排桩支护模式下
基 坑 开 挖 的 变形 特 征 ， 与 实测 值 进 行 了对 比分 析 ， 类 似 工 程设 计 和 信 息 化施 工 的 实施 具有 实 际 意 义 。 并 对
【 关键 词】 深大基坑； 变形特征； 有限元； 地表沉降； 位移
【 图分类 号１Ｕ ５ ． 【 献标 识码 】 【 中 Ｔ ７ ３４ 文 Ａ 文章 编号］０ ５ ６ ７ （０ ０ ０ － ０ ９ ０ １ ０ — ２ ０ ２ １ ）６ ０ ６ － ３
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｉ ｕｌ ｔｏ ａ ｄ ｍ ｐ ｒ ｔｖ ａ ｙ ｉ ｆＳｕ ｏ ｔｎ ｒ ｔ ｅ ａ ｎ ｔ ｅ ｎｔＳ ｍ ａ ｉ ｎ ｎ Ｃｏ ａ ａ ｉ ｅ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｐｐ ｒ ｉ ｇ Ｓｔ ｕｃ ｕｒ ｎｄ
基坑支护现场试验研究与数值分析
基坑支护现场试验研究与数值分析一、概述随着城市化进程的加速推进，高层建筑、地下交通设施以及各类地下空间的开发利用日益增多，基坑工程作为土木工程中不可或缺的一部分，其安全性与稳定性对于整个项目的成功至关重要。
基坑支护作为基坑工程的核心技术之一，其设计和施工质量的优劣直接影响到基坑的稳定性和周边环境的安全。
对基坑支护进行深入的现场试验研究与数值分析，对于提高基坑工程的设计水平和施工质量具有重要的理论意义和实践价值。
基坑支护现场试验研究是通过对实际工程中的基坑支护结构进行实时监测和数据采集，分析其在不同工况下的受力变形特性、稳定性以及失效机理。
通过现场试验，可以获取大量真实可靠的数据，为后续的数值分析和优化设计提供有力的支撑。
同时，现场试验还可以直接检验支护结构的实际效果，为工程实践提供宝贵的经验。
数值分析则是对基坑支护结构进行数学建模和仿真计算，通过模拟不同工况下的受力变形过程，预测支护结构的性能表现和可能存在的问题。
数值分析具有成本低、周期短、可重复性好等优点，可以弥补现场试验的不足，为基坑支护的设计和施工提供更加全面和深入的分析手段。
基坑支护现场试验研究与数值分析是基坑工程中不可或缺的两个环节。
通过二者的有机结合，可以深入了解基坑支护的受力变形特性、稳定性以及失效机理，为基坑工程的设计和施工提供科学依据和技术支持，从而确保基坑工程的安全与稳定。
1. 基坑支护工程的重要性及挑战基坑支护工程是土木工程中不可或缺的一部分，尤其在高层建筑、地下空间开发等项目中扮演着至关重要的角色。
随着城市化进程的加快，基坑支护工程的重要性日益凸显，其不仅关乎建筑物的稳定性与安全性，还直接关系到周边环境的保护与城市的可持续发展。
基坑支护工程对于确保建筑物的稳定和安全至关重要。
在建筑施工过程中，基坑是建筑物的基础，其稳定性和安全性直接影响到整个建筑物的质量和使用寿命。
合理的基坑支护方案能够有效地防止基坑坍塌、滑移等事故的发生，确保施工过程的顺利进行。
有限元数值分析在基坑围护设计中的应用
有限元数值分析在基坑围护设计中的应用随着社会经济的发展，基坑工程的开展日益增多。
它的安全及质量的控制对于现代城市的发展具有重要的意义。
围护是基坑工程的重点项目，对其有效的设计呈现出不可忽视的重要性，是基坑工程安全及质量控制最重要的因素之一。
一般来说，基坑围护设计中需要考虑的因素比较多，包括分析地基变形模式和力学参数，分析和估算围护失稳因素，研究围护结构各部件间的相互作用及其变形特性，评价能量损失等。
这些因素的详细研究需要吸取传统实验方法的优点，并利用现代数值分析方法及相关设备进行多尺度数值模拟。
而有限元数值分析技术（FEM）就是其优秀的代表。
有限元分析不仅能够有效地描述和解决物理系统的流动性，也可以建立集成的模型，实现地质力学过程的精确模拟。
在基坑围护设计中，有限元数值分析可以通过多种方式来发挥其独特的优势：首先，在基坑表面支护结构设计中，有限元分析可以更详细地分析围护结构内地质力学参数，从而有效地控制其刚度和强度，保证围护结构的稳定。
其次，利用有限元分析可以尝试不同的支护结构方案，从而对对比不同支护结构的力学性能和稳定性进行系统的分析，以便用最经济的方案来保障基坑工程的安全。
同时，有限元分析能够在实验室模拟设计不同类型的基坑围护结构，为整个工程系统提供有效的参考，减少现场实验及施工风险。
最后，针对某些基坑表面不稳定的情况，考虑到其围护结构的失稳性及能量损失，有限元分析可以准确预测支护结构安全系数及各个参数，从而更好准确的提出技术方案。
此外，在实际的设计中，有限元数值分析还可以模拟出基坑周边人工增加的应力分布状况。
从以上可以看出，有限元数值分析在基坑围护设计中有着重要的作用。
为了充分发挥其优势，需要设计者有足够的计算机技术支持。
为此，应当在计算机技术支持下，利用有限元数值分析技术建立一套完整的基坑围护设计系统，以保证基坑工程的安全性及质量。
总之，有限元数值分析在基坑围护设计中的应用十分重要，它既可以减少实验及施工的风险，又能够提高支护结构的稳定性及可靠性，有助于保护基坑工程的安全及质量的控制。
有限元数值分析在基坑围护设计中的应用
有限元数值分析在基坑围护设计中的应用近年来，有限元数值分析已经在基坑围护设计中得到广泛应用，并取得了非常显著的成效。
有限元数值分析结合了传统的结构工程和地质工程，通过分析改变基坑地质结构、物理特性以及环境因素等，提供准确可靠的基坑围护设计方案。
一、有限元分析在基坑围护设计中的应用1.质条件有限元数值分析可以分析基坑的地质条件，包括基坑的地质构造、土质结构、岩性特征、地层压力以及地下水场等，从而确定基坑的绝对深度，模拟基坑的挖掘过程，为围护设计提供参考。
2.程模拟有限元数值分析可以模拟基坑的挖掘过程，模拟基坑围护结构物和土体结构物之间的相互作用，确定基坑围护结构物的时程变化，在进行围护设计前可以预测围护结构物的最终效果，以决定具体的基坑围护设计方案。
3.料选择有限元数值分析能够结合基坑现场条件，模拟并测算不同结构围护材料的工程性能，从而确定符合基坑围护要求的主要材料类型以及合理的结构参数，进行基坑围护设计。
二、有限元数值分析在基坑围护设计中的优势1.快设计进程使用有限元数值分析，可以以自动化和模拟的方式，快速准确地检测基坑的地质条件，提供基坑围护设计的精确参数，从而大大加快设计进程。
2.短工期利用有限元数值分析，可以准确模拟基坑挖掘过程中的人工及物料的运用，提前确定围护结构物的时程变化，缩短基坑的围护工期，提高工程进度。
3.善实际环境有限元数值分析结合基坑现场实际条件，可以确定合理的基坑围护设计方案，在保护环境的同时改善实际环境，提高基坑围护设施的安全性与可靠性。
三、结论有限元数值分析已经在基坑围护设计中得到广泛应用，它可以准确提供基坑地质结构、物理特性以及环境因素的数据，为基坑围护设计提供准确可靠的设计方案。
此外，有限元数值分析还可以加快设计进程、缩短基坑围护工期以及改善基坑实际环境，为基坑围护设计提供有效支持。
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40m
Φ600mm@1800mm 钻孔桩道支撑、回填
7
• 基坑工程数值分析则是利用有限元、有限 差分等方法在模拟复杂材料、复杂边界条 件方面的强大能力，对基坑施工的全过程 进行分析，得到基坑土体及结构的变形和 受力情况，为基坑工程设计和施工服务。
岩土青年创新团队学术报告
8
2 本构模型
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9
2.1 土体模型的选择
直接取为Es（地勘报告给出）
取为3~10倍参考割线模量，一般为3倍 软土取1，砂土和粉土取0.5左右 砂土0.12~0.17，黏性土0.15~0.2 一般取为100kPa（与压缩模量对应的应力区间有关） 一般取为1-sinφ’ 一般取为0.9
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15
修正剑桥模型（MCC）参数的选取
参数名称 临界状态斜 率M 基坑工程中的选值方法
泊松比υ 压缩参数λ
回弹参数κ 超固结比 OCR 初始孔隙比 e0
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查工程地质手册
查地勘报告 查地勘报告
16
2.2 支护结构单元模型的选取
• 连续墙用板单元模拟 • 排桩可等效为连续墙（按EI等效），用板 单元模拟
• 内支撑采用杆单元或梁单元模拟 • 锚杆采用杆单元模拟
查工程地质手册，一般变化不大 查地勘报告 查地勘报告 查地勘报告
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13
D-P模型参数的选取
参数名称 模量Es 泊松比u 粘聚力d 基坑分析中的选值方法 1）取为压缩模量Es的3~10倍,一般取3倍；2）按深度增加 可查工程地质手册，一般变化不大 根据地勘报告给出的c和φ换算 二维模型 ；三维模型
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2
1 基坑施工过程简述
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3
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4
以某地铁车站基坑为例
平整场地、施作围护结构
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随开挖施作支撑，直至基底
5
施作底板结构
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拆除第3道支撑，施作中板结构
6
拆除第2道支撑、施作顶板结构
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10
线弹性vs摩尔-库伦模型
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11
摩尔-库伦模型vs硬化土模型
比较合理的沉降曲线
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12
摩尔-库伦模型（MC）参数的选取
参数名称 模量Es 基坑分析中的选值方法 1）取为压缩模量Es的3~10倍；2）按深度增加
泊松比u 粘聚力c 内摩擦角φ 重度γ
数值分析在基坑工程中的应用
——PLAXIS/ABAQUS
报告人：冯君（fengjun4316@) 编委会：陶志平 朱明 张俊云 杨涛 周立荣 冯君 崔凯 魏星
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1
报告提纲
•1 •2 •3 •4 •5 •6 基坑施工过程简述 本构模型 边界条件 结果整理 操作实例1-PLAXIS 操作实例2-ABAQUS
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40m
Φ600mm@1800mm 钻孔桩
3.5m
6m
23
5 操作实例2-ABAQUS
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24
算例2的一些相关参数
50m 填土 20m 50m
粉质粘土
14.6m
10m
Φ609*12mm钢管 撑，横向间距4m
• 使用修正剑桥模型（MCC） • 工况包括7步：初始地应力->设桩->下挖1m->加第 1道撑->下挖7m->加第2道撑->下挖10m
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17
3 边界条件
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18
• 几何边界要足够 大，以消除边界 影响，必要时可 通过敏感性分析 确定 • 尽量利用对称性 • 注意对称面上边 界条件的设置
二维 模型
三维 模型
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19
4 结果整理
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20
• 给出各工况的基坑水平、竖向位移云图等 • 绘制围护结构的侧向位移、地表沉降及弯 矩、剪力曲线图（使用Origin或Excel） • 如有条件，将计算结果同实测结果对比
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21
5 操作实例1-PLAXIS
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22
算例1的一些相关参数
50m 填土 20m 50m
粉质粘土
14.6m
10m
Φ609*12mm钢管 撑，横向间距4m
• 使用硬化土模型（HS） • 工况包括7步：初始地应力->设桩->下挖1m->加第 1道撑->下挖7m->加第2道撑->下挖10m
根据地勘报告给出的c和φ换算
内摩擦角β 重度γ 二维模型 查地勘报告 ；三维模型
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14
硬化土模型(HS)参数的选取
参数名称 重度 粘聚力c 内摩擦角φ 膨胀角 参考割线模量 E50 参考压缩模量 参考卸荷模量 Eur 幂指数m 卸载泊松比 参考压力pref 静止侧压力系 数K0 破坏比Rf 基坑工程中的取值方法 查地勘报告 查地勘报告 查地勘报告 软土取为0，砂土取 φ -30O 取1~2倍压缩模量Es（地勘报告给出），一般为1倍