有限元结构分析技术在基坑支护中的应用初探_秦海兰
深基坑开挖与支护的有限元数值分析
深基坑开挖与支护的有限元数值分析
刘兰兰;李晓乐
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2016(000)002
【摘要】本文以鸿升深基坑工程为背景,针对基坑开挖过程中支护结构的变形及土压力的性状进行了研究,并运用GTS大型有限元软件对实际工程在分步开挖过程中的位移场、内力的分布进行了分析,为同类工程提供有意义的参考.
【总页数】1页(P4)
【作者】刘兰兰;李晓乐
【作者单位】长春建筑学院 130607;长春建筑学院 130607
【正文语种】中文
【相关文献】
1.深基坑开挖与支护的有限元数值分析 [J], 徐健
2.深基坑开挖与支护过程的平面有限元数值分析 [J], 冯永冰
3.深基坑开挖及支护对临近既有铁路高路堤边坡影响的有限元数值分析 [J], 张河
4.软土深基坑分区开挖顺序对支护桩及城轨隧道影响的数值分析 [J], 徐国元;邱蕴佳;刘启清
5.模拟深基坑开挖和支护全过程的有限元数值分析 [J], 徐杨青;王永宁;程杰林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
有限元分析软件在基坑设计中的应用
第 年
21 7
期 月
SHANXI
ARCHI T EC TU R E
Vol . J ul.
33 No . 2007
21
·367 ·
文章编号 :100926825 (2007) 2120367202
有限元分析软件在基坑设计中的应用
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收稿日期 :2007203206 作者简介 :王 岭 (19772 ) ,男 ,硕士 ,助理工程师 ,广东省建科建筑设计院 ,广东 广州 510500
刘添俊 (19792 ) ,男 ,博士 ,助理工程师 ,华南理工大学建筑学院 ,广东 广州 510640
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第 33 卷 2007
第 年
其中 ,有限元模型共有 3 209 个节点 ,1 526 个单元 ,3 个接触组 ,
分别模拟水泥土搅拌桩与土体 、地下室墙与土体之间的接触 。
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深基坑地下墙支护体系稳定性有限元分析
深基坑地下墙支护体系稳定性有限元分析摘要：以天津地铁某深基坑工程为例，对深基坑地下墙支护体系的稳定性进行有限元分析。
得出支护和支撑体系的各失稳模态及对应的稳定系数，并分析体系初始缺陷对体系稳定性的影响，得出体系为缺陷敏感性结构的结论。
同时调整相关参数，分析地下墙入土深度、地下墙插入深度范围内岩土性质、地下墙侧移刚度等因素对支护和支撑体系整体稳定性的影响，得出若干有益结论，为深基坑支护和支撑体系的设计和施工提供参考。
关键词：地下墙，支撑，稳定性，有限元分析，缺陷敏感性引言地下连续墙抗侧移刚度大、抗渗性能好，特别适用于软土地区深基坑工程。
基坑稳定验算是基坑支护设计的重要内容之一，一般进行边坡整体稳定、抗隆起稳定、抗渗流稳定等研究。
而实际上基坑支护和临时支撑体系的稳定性也是深基坑工程稳定问题的一个很重要的方面。
本文针对某一工程实例，利用大型通用有限元分析软件ANSYS进行三维数值模拟计算，研究支护体系和支撑体系在基坑开挖过程中本身的稳定性。
同时分析不同的工程参数如地下墙侧移刚度、插入深度、工程地质情况、临时支撑间距等对支护体系和支撑体系的稳定性的影响程度，为同类基坑工程的支护方案优化设计和施工提供参考和依据。
一、稳定性计算原理特征值分析用来预测一个理想线性结构的理论失稳强度，其控制方程为式中，为特征值，即工程中的失稳荷载系数；{ }为特征位移向量；[ ]为结构的线弹性刚度矩阵；[ ]为初始应力矩阵或几何刚度矩阵。
目前，几何非线性失稳问题的求解方法主要采用N-R法和弧长法。
对于基坑支护和支撑体系空间有限元模型，单元数目较多，结构自由度总数较大，前屈曲段N-R法比较容易收敛，弧长法则很难收敛；若要得到一个精确的失稳荷载，采用弧长法需不断修正弧长半径，耗时非常长。
稳定承载力分析主要关心的是结构的前屈曲段，后屈曲段主要作为安全储备。
因此，本文用N-R法进行几何非线性稳定计算。
二、工程背景及有限元建模1．工程背景天津市某地铁车站基坑全长311m，标准段深16.8m，明挖顺作法施工，即基坑开挖至坑底后，顺作车站底板、中板、顶板及侧墙和其它结构；分段开挖，每段开挖距离约30m；采用地下墙围护结构，地下墙厚800mm，标准段深29.4m；沿基坑深度方向设置5道支撑，第一道为混凝土支撑，其余为钢支撑。
基于有限元法对基坑支护的设计研究
基于有限元法对基坑支护的设计研究基坑支护是指在土方开挖过程中，为了保证施工安全和土方稳定性，需要采取一系列的措施来加固土方边坡和地下结构，防止土方滑塌和破坏。
有限元法是一种常用的工程设计方法，可以对基坑支护的设计进行研究和优化。
在基坑支护设计中，有限元法可以用于分析土体和结构的力学性能，预测土体的变形和应力分布，评估支护结构的稳定性和安全性。
有限元法通过将土体和结构离散为很多小单元，建立数学模型，利用数值计算方法求解边界值问题，得到土体和结构的力学响应。
基坑支护设计中的有限元分析主要包括以下几个步骤：1.建立模型：选择适当的有限元模型，考虑土体和支护结构的几何和材料特性，确定边界条件。
2.网格划分：将模型划分为有限个小单元，每个小单元内的土体和结构可以近似看作均匀材料，可以进行力学分析。
3.材料参数：根据实际工程的情况，确定土体和支护结构的材料参数，包括弹性模量、泊松比、内摩擦角、抗剪强度等。
4.边界条件：确定模型的边界条件，包括施加的力、支撑约束条件等。
5.计算求解：利用有限元软件进行计算求解，得到土体和结构的应力、变形和位移等结果。
6.分析结果：根据计算结果，评估支护结构的稳定性和安全性，判断土体的变形和应力分布是否满足设计要求。
基于有限元法的基坑支护设计可以提供比较准确的力学分析结果，为工程师提供科学依据和指导，优化方案设计和施工过程。
此外，有限元法还可以用于分析不同支撑结构的比较，评估不同工况下的地下结构稳定性和变形情况，为支护结构的设计和施工提供科学依据。
总之，基于有限元法的基坑支护设计研究，可以通过数值分析的方法，预测土体和结构的力学性能，评估支护结构的稳定性和安全性，为工程师提供科学依据和指导，优化设计方案，保证基坑工程的施工安全和土方稳定性。
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。
基坑边坡支护的应用及有限元分析
基坑边坡支护的应用及有限元分析刘华东【摘要】由于受施工现场状况和降水条件的影响,放坡支护不能保证边坡安全可靠的要求,需要确定一种更加安全适用的支护措施.采用强度折减的有限元法对基坑边坡进行模拟,将支护后的边坡与自然放坡情况下的边坡进行三维数值分析.强度折减的有限元法对本研究具有一定的可行性,自然放坡受到周边荷载作用以及降雨条件下雨水入渗等因素的影响,边坡稳定性将得不到保障,采用锚拉支护能够避免贯通面的出现,从应力和变形角度分析,锚拉支护在桩身位移、桩身弯矩以及桩身剪力方面较自然放坡都有明显的变化.锚拉支护在本研究中具有一定的工程价值,能够有效应对复杂的现场状况.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】5页(P6-10)【关键词】强度折减法;有限元法;基坑边坡;锚拉支护【作者】刘华东【作者单位】中国水利水电第十一工程局有限公司,郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TU473基坑开挖是基础工程施工过程中的难题，也是工程界研究的重点课题之一。
在不同的工程地质条件和现场环境下选择适合的施工方案和边坡支护手段成为基础工程施工的决定性因素，如何更为有效、更为经济合理的选取边坡支护方案成为开发商、设计单位以及施工单位聚焦的热点问题。
基坑支护结构的安全和稳定受到工程地质条件、水文地质条件、场区建筑物分布情况、降雨条件下雨水入渗等因素影响，使得设计考虑的因素较多而使有限元分析较为复杂.李青青[1]从研究临近建筑物对基坑变形、支护结构位移出发，确定了建筑荷载作用下应力有效影响范围，对于实际工程具有一定的参考价值，刘天水[2]通过建立合理的三维边坡降雨入渗模型，综合考虑地表径流与地下流，并进行了流固耦合计算，对不同降雨强度下三维边坡的变形进行分析。
锚拉支护是当下基坑支护常用的一种支护方式，针对锚拉支护的应用，王邓峮[3]通过数值模拟研究了预应力锚杆支护方式，由此说明了锚拉支护能够更好的控制基坑的水平位移与坡顶沉降，同时，锚杆的安放位置对支护结构的稳定性也有一定的影响。
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基坑是建筑物根基加固和水排放的重要设施，涉及土木工程、结构工程、海拔工程等多个领域。
随着经济的发展，基坑围护设计的工作越来越多，现代工程设计中必须充分考虑基坑围护的安全性、结构完整性和抗震性能，这些设计要求均需要有效的数值分析方法来验证。
有限元数值分析（FEA）是建筑物围护设计中重要的数值分析工具，它可以对弹性地基进行精确分析，以确定工程结构的抗震性能。
FEA可以通过有限元算法和非线性材料模型，模拟建筑物的力学性能，从服务性能的角度来评估围护结构的安全性。
基坑围护设计中，用FEA模拟分析不仅可以模拟基坑的填充物受结构荷载的变形情况，还可以准确求出填充物的应力和支撑体的变形。
这是常规设计方法所无法模拟的，因此FEA可以更快捷、更准确地实现基坑围护设计工作。
在基坑围护设计中，应用FEA主要有以下几种：首先，可以利用FEA模拟进行取水井、支撑体和填充物等基坑支撑系统的抗震性能分析；其次，可以使用FEA应用于支撑体的节点稳定性分析，分析模拟结果可以用来选择有效的支撑体位置并准确确定支撑体长度；最后，可以利用FEA进行基坑填充物的流体力学分析，以确定填充物内部的塑性变形性能。
在当今社会，基坑围护设计越来越受到重视，有限元数值分析作为工程设计的重要工具，受到了越来越多的关注。
通过FEA进行基坑围护设计，不仅可以有效地验证设计工作，还可以提高施工效率，从
而节约人力物力，提高安全性。
综上所述，有限元数值分析对基坑围护设计具有重要的意义，它可以更加准确、可靠地分析和提供基坑系统的抗震性能分析结果，并可以确定围护结构的安全性。
在未来，有限元数值分析在基坑围护设计中将更加普及，为项目建设提供更高水准的监测和设计保障。
深基坑支护设计影响因素的有限元分析
深基坑支护设计影响因素的有限元分析摘要：近几年，由于土地利用的紧张，建筑业开始向上和向下发展空间，高层建筑和地下空间的开发越来越多，其规模也越来越大，随之而来的基坑支护也成为开发地下空间的一个重要课题。
本文主要对深基坑支护设计影响因素的有限元进行了分析。
关键词：深基坑支护；设计；有限元引言基坑工程具有很强的地域性，不同的地区其工程地质和水文地质条件差异性很明显，对基坑支护型式的选用、设计和施工也都不一而同。
而通过有限元计算除了可以求得支护结构内力之外还可求得基坑的隆起量、地表的沉降量，最重要的一点，它能对每步的施工工况下的应力和位移做出分析。
因此，要深入研究分析深基坑支护设计影响因素的有限元。
概述有限元法于20 世纪50 年代由Clough 提出，经过三十多年的发展，有限元法的理论和应用都得到了长足的进步，有限元法就是先将开挖影响范围内的土体和支护结构离散化，划分为许多的网格，每个网格就是一个小块的单元，这些小块单元的集合体就是原来的土体和支护结构，然后分别对单元建立平衡方程，再引入单元的边界条件，通过数值模拟的计算，就可得出土体和支护结构精确的内力和变形结果。
目前经常使用的有限元法主要有平面弹性地基梁法和连续介质有限元方法，连续介质有限元法又包括平面和三维方法。
2、基坑支护设计的影响因素基坑变形的影响因素比较多，主要分为三类：施工因素、设计因素和自然土质情况。
其中，设计因素主要是基坑的开挖深度、平面形状和围护墙刚度及入土深度、预应力水平、有无内支撑或支撑的刚度及设置位置、被动区土体加固等。
影响基坑变形的自然因素有基坑水环境和土体的物理力学性质。
影响变形的施工因素有以下几点：分步开挖宽度和深度，开挖后没有支撑暴露时间等。
2.1.1、围护墙刚度的影响增大墙体厚度能够减少墙体的水平位移，但是如果墙厚增加到一定值时，再通过增加墙体厚度来减少位移，这样的作用就不明显。
除此以外，在墙厚增加的同时，工程造价也会增加，因此，在墙体强度与要求符合的条件下，若尝试借助增加墙体厚度来减小位移，这样就不会合理。
有限元分析法在基坑加固处理中的应用
关键词 土钉支护 ； 有限元法 ； 土体加 固
随着人 类社会 的不 断发展 ，经济 建设速 度 的加快 ， 建 设 行业 突 飞猛 进 ， 区建 筑 物也 越来 越密 集 ， 区土地 日 城 城 趋 紧张 。不可 避免 出现新建 工程 与原有 建筑相距 较 近 ， 有 的近 乎贴 建 的情况 ， 因此 ， 基 础施 工前 进行 基坑 加 固处 在 理 是必不 可少 的。本文就 有限元分 析法在 土钉支护 加 固工
０ Ｈ 其 中 Ｈ为土坡 垂直高度 。 ． 。 ５ 土钉 复合体潜 在滑裂 面 的
・
６ ・
第 期总 １期 ４ （第３ ） ２
确定 在理 论上 十分复杂 ， 可采用简化 破裂 面计算 。
： 村 ｉ 乏遽
试研■ 验 究
４ 土钉 支 护 体 系
土钉支护 技术 以其 经济 、 速的特 点， 快 在基坑 支护 中应 用越 来越 广泛， 土钉 支护 理论 还不 完善 ， 与 土体 的作 但 土钉
向开挖 面坍塌 的结果是 合理 的，并且 这种方 法对探 索土钉 支 护 的复 杂受力 机理也 有实际 意义 。
程 中应用 问题进 行探讨 。
有 一定 的结构整 体性 ，土钉 与土体共 同工作 形成 复合体 。 它们 的相 互作用 改变 了土坡 的变形 与破坏 形态 ， 推迟 了塑 性 变形 发展 阶段 ，明显地表 现为渐 时宜性 变形 和开裂 ， 直 至丧失 承载能力 。土钉 与土体粘结 的工作性能 是土钉 支护 结构 发挥作 用的基 础 ，研 究认为 土钉虽 同时受 到拉力 、 弯 矩和 剪力 的联合作 用 ， 但是拉 力作 用是最 主要 的。土 钉沿 全长 与土体 接触 ， 当土体产 生微小位 移 时土钉与 土之 间的 界 面产 生摩 擦力 ， 土钉 被动 受拉 ， 使 从而 对 土体起 到 加 固 作用， 因此 作用于 土钉体 表面 的剪应力 是土钉 支护设 计 的
有限元分析法在基坑加固处理中的应用
土 类 名称 粘土
・
不可避免 出现新建工程与原有建筑相距较近 ，有 的近乎贴建 的 情况 ， 因此 ， 在基础施工前进行基 坑加 固处理是必不可少 的。下
面 就 有 限 元 分 析 法 在 土钉 支护 加 固工 程 中应 用 问题 进 行 探 讨 。
ｔｋ ａ （Ｐ ） ｌ０ １Ｏ ３—８ ９－１Ｏ ０ ５
是一个空问 问题 ，但在 同一水平上相邻两根土钉的受力和变形 是基本相同的， 因此 可以假定它是一个平面应变 问题 。
最 主 要 的 。 钉 沿 全 长 与 土 体接 触 ， 土 体 产 生微 小位 移 时土 钉 土 当
及 防止开挖面 的位移和 边坡 向开挖面坍塌 的结 果是合理 的， 并 且这种方法对探索土钉支护 的复杂受力机理也有实际意义。 某实 际深基坑工程 要求支护土体 墙高 ８ ｍ，使用水平 间距 １ ｍ 的 ５排土钉进行支护 ， 向间距 １ ｍ。第 １ ． ２ 竖 ． ５ 排土钉距墙顶
ｌ 第 ５ 土钉距开挖面 ｌ ｍ， 排 ｍ。土钉 及 土 体 的 物 理 力学 参 数 见 表
２ 。边界条件如 图 １ 所示 ， 右边 界和下边界 由于土体的实际抵抗 转动 自由度的能力较弱 ， 简化为铰支 ， 左边界是对称 边界 ， 按对
称结构的原理简化为横 向支杆 。严格来讲土钉支 护体系的分析
（） ２ 投资省 。据 统计资料 ， 开挖深度在 １ｍ 以 内的基坑 ， ０ 土 钉支 护比其它支护形式节约投资 ３ ％。 ０
（） 场 地 周 围相 邻 建 筑 影 响 小 。 ３对 由于 土 钉 施 工 采 用 小 台 阶
４ 土钉支护体 系
土 钉 支 护技 术 以其 经 济 、 速 的 特 点 ， 基 坑 支 护 中应 用 越 快 在
基坑土钉支护体系的有限元分析
文章编号:100926825(2007)0820111202基坑土钉支护体系的有限元分析收稿日期6225作者简介涂齐亮(2),男,吉林大学建设工程学院博士研究生,吉林长春 36涂齐亮摘 要:结合工程实例,应用有限元程序对土钉支护进行了内力分析,并用所得的土体单元的应力值对土钉支护体系的滑移线进行搜索,提出了最小滑移安全系数的破坏面形状,得出对数螺旋线是较符合实际的结论,达到了工程要求,从而为以后的土钉支护设计提供了新的设计思路。
关键词:基坑,土钉支护,有限元中图分类号:TU463文献标识码:A引言土钉支护技术是近年来发展起来的一种支护新技术,土钉支护与传统的支护方法(桩锚、地连墙)相比,具有工期短、造价低、施工简便、应用广泛等优点,但目前在土钉支护理论和稳定性评价方法上仍存在许多缺陷[1],工程上一般使用的分析方法多是基于刚塑性理论的方法。
在使用这种方法时,土钉的轴力取其所能承受的极限拉力,这将由它本身的强度和土钉与土之间的极限摩阻力决定。
显然这种方法只是求出关于土坡稳定的安全系数,而不能计算正常工作状态下土钉的轴力,更无法算出体系的变形[2]。
文中主要结合实际工程讨论土钉支护体系内力和变形分析的有限元方法,通过比较土钉支护和无支护的最大主应力、最大剪应力、节点位移、边坡塑性区、各支护步骤的土钉拉力,分析土钉支护效果,从而为以后的土钉支护设计提供新的设计思路。
1 工程概况长春市某拟建工程建筑物设计地上13层,地下1层,采用箱桩复合基础形式。
其基坑开挖深度西北侧7.00m ,东南侧5.70m 。
基坑北侧临街坡长70.00m ;西侧为临街坡长26.50m 左右;西南侧为一(5层)商场,坡长61.00m 。
开挖基坑边线距商场建筑2.00m ～5.00m ;距北侧大街6.00m ～6.50m ;距西侧街道3.0m ～4.00m 。
其平面布置见图1。
由于受到建筑场地和工期的限制,本场地采用两种类型土钉:土体完整侧采用挖孔灌注式土钉;西南角采用打入式土钉。
基坑开挖与支护有限元分析
基坑开挖与支护有限元分析作者：袁乐天来源：《建筑建材装饰》2015年第20期摘要：数值计算方法跟随着计算机发展的步伐不断进步，现在绝大部分工程问题都可以通过数值求解得到令人满意的答案，其中有限元法就是能够广泛应用在基坑支护结构分析范围内，它也是数值分析方式中最比较典型的代表，且所得结果也是令人满意的.本文利用PLAXIS 有限元软件对基坑开挖进行了分析，并讨论了基坑开挖过程中的几个问题。
关键词：有限元；基坑开挖；PLAXIS中图分类号：TU476 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2015）10-81-011 基坑开挖过程有限元模拟1.1初始应力场在模拟基坑施工开挖时，由于其非线性特性需要迭代计算.故初始的应力场是随后迭代计算的基础。
对于长期固结的呈稳定状态的土体，初始应力场可就假设为零，但一般来说，初始应力场是与土体的自重应力场相等的，不可简化或者直接忽略。
开挖基坑的位移场就相当于二次位移场。
如果假设开挖基坑的土体是正常固结.那么可根据下式取得初始状态下地基的侧压力系数：初始应力场的取值，在用Plaxis进行处理时，一般是通过K过程或者重力加载来模拟。
Ko过程使用时有严格的前提条件，即地表是平整的，而且地表和开挖的水位与土层全部平行。
在别的状态下要使用重力加载。
竖着和水平有效应力的比值就是由Ko表示的，具体如下式：1.2开挖荷载及结点处理因为非线性问题一般都是基坑开挖等岩土工程中遇到的典型问题，因此，对哪个阶段的位移和应力进行加载，完全是根据应力状态和应力历史。
在用有限元模拟施工加载时.其结果的正确与否取决于对实际情况的近似处理是否正确恰当。
粗略来看，填和挖是正好相反的两个过程，由于两者之间的关系，将挖出来的土在计算中抛去，将结果中给出负的土重就可以了。
考虑到的实际情况是正推和倒推的结果不一致，并非上述那样简洁，由于之前被挖去的土会担负着许多侧向应力或者是竖向应力，即便只承担了竖向应力，也许和土重的压力也不相等，因此，这样将土重简单减除的办法，不会解除掉开挖面中的应力。
基坑地连墙支护结构变形的有限元分析
基坑地连墙支护结构变形的有限元分析发表时间：2019-04-12T11:14:56.220Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第35期作者：熊浪波[导读] 工程建设中深基坑的规模、形式和数量都空前发展，出现了越来越多以地下连续墙为围护结构的狭长深基坑。
浙江土工基础工程有限公司浙江杭州 310000摘要：以某工程为背景。
采用有限元软件MIDAS／GTS建立三维模型，对该基坑开挖过程进行了数值模拟，分析基坑开挖过程中支护结构的变形情况，并与实测数据作对比分析。
研究表明，基坑开挖的深度与地连墙的水平位移变形呈正比。
而且支护结构的变形呈现“两头大、中间小”的变形规律，通过与实际监测数据进行对比分析表明。
该方法对实际工程具有一定的指导意义。
关键词：基坑开挖；Midas／GTS；数值模拟；变形伴随城市化进程的加快，城市土地开发引发的交通问题愈来愈困扰着城市的发展，各大城市基坑工程也相继开动。
工程建设中深基坑的规模、形式和数量都空前发展，出现了越来越多以地下连续墙为围护结构的狭长深基坑。
深基坑开挖是地下工程施工中的一个综合性岩土工程难题，基坑开挖过程中不但要保证基坑支护结构自身安全与稳定，而且还要控制因大面积卸荷导致周围土体的变形，从而确保周围邻近建筑物和地下管线的正常使用。
本文以某深基坑开挖工程为例，应用有限元软件MIDAS／GTS模拟分析基坑开挖引起的邻近浅基础建筑物沉降及支护结构的变形规律。
并且通过进一步研究支护结构卡抗弯刚度EI、地连墙嵌固深度及施工工况对基坑变形规律的影响，为该支护形式下的深基坑设计与施工提供一定参考。
1 工程应用1.1 工程概况某市拟开挖J2区YKl0+615～YKl0+650里程段基坑长约313m，施工方法为明挖顺作法，采用Ф800地连墙作为基坑开挖时的支护结构，且不参与主体结构受力。
基坑跨度约45m，开挖深度为14.3m～15.3m，地连墙深27.5m，格构柱下的Ф1000钻孔灌注桩长约12.5m。
基于有限元分析法的深基坑支护结构设计
基于有限元分析法的深基坑支护结构设计王胜【摘要】深基坑工程的传统计算主要是基于最终挖掘的基坑,和各种极限平衡极限的分析方法,算出位移、内部力和基坑支护结构的变形.在此基础上,对土的稳定性进行了校准,最终确定了矿井支持结构的结构.这通常被称为\"静态设计\".他有很大的优点,主要表现在它的设计理论非常简单,工作量也比较小,所以成为基坑支护工程设计支持的方法之一.它要求采用一种基本的、安全的经济的支持模式.众多经验和研究得出,处于静态力理论的基本支撑设计通常与特定工程性能不相容,因为在施工过程中参数的变化.这可能导致投资与生产、资源浪费或不安全之间的不平衡关系.因此,需要为有限元分析方法设计背景支持结构.【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2018(000)032【总页数】2页(P120-121)【关键词】深基坑工程;静态设计;有限元分析法【作者】王胜【作者单位】辽宁建筑职业学院,辽宁辽阳 111000【正文语种】中文【中图分类】TU4731 设计背景如今深基坑工程发展得如此迅速,在工程各方面都取得了飞跃性的发展,各种高层建筑都在各方面扩大。
迪拜塔的高度818米是世界的脊骨。
高层建筑伴随深基坑深度的增加。
高度也在增加。
中国就有这样的范例,就是基坑深达32米的上海世界贸易中心的主楼。
在它的桥梁方面,对基坑的要求更加的严格。
由于生产力的发展和工程技术的不断进步,高楼大厦特别是超高层建筑正在扩大。
在中国,上海世界贸易中心的主楼基坑深达了32米。
在桥梁上,基坑的深度要求更高。
基孔深度深,基础工程技术的难易度越来越大,基础工程的事故不断发生,由于基础设施方面的困难,要承担重大的责任。
基坑工程,将有赖于整个工程的成功。
基坑工程的主要研究方向是基坑的稳定性和安全性,其中,基本基坑设计是最重要的。
基坑的稳定性直接影响到周围环境以及建筑物、人员和财产的安全。
但是,仅仅追求稳定和安全就会浪费大量的投资和资源。
有限元法在多支点排桩深基坑围护结构中的应用
有限元法在多支点排桩深基坑围护结构中的应用以杭州地铁一号线试验段秋涛路乍站基坑工程为例，借鉴大型通用软件ANsYs，采用弹性地基梁杆系有限元法对其围护结构的工程性状进行了研究，并与现场实测资料进行对比，最后分析了围护结构变形的主要影响因素。
当基坑开挖比较深时，为了减少围护结构的受力和变形可以设置多层支撑。
目前对多撑式围护结构的计算方法很多，但能真实反映围护结构受力和变形情况的很少。
随着电子计算技术的飞速发展，有限元法在复杂结构分析中取得了飞速发展，作为目前功能最强、适用性最广的数值计算方法，在岩土结构中也有广泛的应用。
本文运用大型通用软件ANsYs，借鉴目前运用比较广泛的弹性地基梁杆系有限元法，对基坑开挖各个工况进行数值模拟，分析围护结构的受力和变形。
1 弹性地基梁杆系有限元法概述与一般的有限元分析方法一样，杆系有限元法也要经历一个结构离散、形成单元刚度矩阵、单元刚度矩阵集成总刚度矩阵、利用平衡方程求得节点位移的这样一个过程。
把挡土结构沿竖向划分为有限个单元，考虑到计算精度，一般每隔1～2m划分为一个单元。
为了计算简便，挡土结构的截面、荷载突变处、弹性地基基床系数变化段以及支撑或锚杆的作用点处，均作结点处理。
为了正确计入施工因素，必须考虑挡土结构在支撑架设及随主体结构施工而逐渐撤去时由于支撑点位置、主体结构的本身条件而对挡土结构的位移、内力产生的影响，即在支撑结点处应对位移进行修正。
2 工程概况该基坑为杭州市地铁一号线试验段秋涛路车站，该车站为地下双层岛式车站，车站总长259.6m，车站宽度18.9m。
整个车站建筑物主体由车站主体、出人口及风道口3部分组成。
出人口共6个，位于车站南北两侧，车站设有2座风道，分别位于车站两端；该车站横跨城市主干道秋涛路，加之周围建筑及地下管道密集，施工环境复杂。
整个车站在秋涛路处划分为东、西区，东西区分别施工。
基坑东区主体开挖深度约16.1m，基坑底部坐落在砂质粉土及砂质粉土夹粉砂层，地下水位埋深约0.85m～3.45m。
基于有限元板桩墙深基坑支护的空间效应分析
基于有限元板桩墙深基坑支护的空间效应分析中国煤炭地质总局水文地质局胡海军胡强摘要：通过三维有限元分析模拟阐述板桩墙在深基坑支护过程中的空间效应。
本文着重分析开挖后板桩墙的弯矩、轴力和位移，以供在设计和施工参考。
关键词：板桩墙有限元空间效应Spatial Effect Analysis of Deep Foundation with FiniteElement AnalysisAbstract：Through three-dimensional finite element analysis simulation of sheet pile, spatial effect of deep Foundation is researched..The moment axial force and diaplacement of sheet pile are analysised to direct design and construction.keywords：sheet pile, finite element analysis, spatial effect0 引言城市建设的高速发展进一步推动了基坑开挖与支护技术的发展，设计理念也从强度破坏极限状态逐渐转向变形极限状态控制。
二维的设计方案已经不能满足现在的工程要求，空间效应逐渐成为不可忽略的重要因素。
在深基坑支护方案中，板桩墙支护由于施工相对方便，应用较为普遍。
混凝土板桩可预制采用矩形截面槽楔形式也可采用SWM工，前者对土体扰动较大但施工方便后者对土体扰动较小可以保证其连续完整性。
板桩墙在支护过程中影响因素相对其他支护方式来说较少，利于对基坑支护特性进一步分析。
本文以支撑式混凝土板桩墙支护作为研究对象主要研究其空间效应。
1工程概况本工程为杭州某单体住宅，地下一层地上12层，上部结构为框架剪力墙基础形式为桩基础。
基坑的支护方式为混凝土板桩，土层主要为软土地下水位较高。
基坑支护设计的弹性抗力法
的力为净被动土压力, 净被动土压力正好由弹簧模 拟。 但应注意的是采用这种土压力分布, 土水平抗力 系数不应取值过大。
图 3 端部力矩和梁转动之间的共轭梁关系
F ig. 3 Con juga te rela tion betw een end m om en t and beam ro ta tion
a. 端部作用力矩的简支梁, b. 虚梁的荷载与虚反力.
写成矩阵形式有
e F
1 4E I L 2E I L 0 0
1 1
2 2E I L 4E I L 0 0
1 1
3 0 0 0 0
4 0 0 0 K2
图 4 土压力分布模式示意图
F ig. 4 Schem e of so il p ressu re d istribu tion m odes
a. 土压力零点分布, b. 零分布, c. 梯形分布, d. 矩形分布.
1 [S ] = 2 3 4
“零分布” 模式, 是指基坑底面以下土压力分布ห้องสมุดไป่ตู้为零。 采用这种分布模式较不安全。
( 10)
将式 ( 5) 代入式 ( 6) 得结点内力与外部结点位移 ( 11) 的关系为 {F } = [S ] [A ] T {X } 将上式代入式 ( 3 ) 得结点外力与外部结点位移 ( 12) 的关系为 {P } = [A ] [S ] [A ] T {X } 式中, [A ] [S ] [A ] T 称为梁总刚度矩阵。 各结点位移表达式为 {X } = ( [A ] [S ] [A ] T ) - 1 {P }
1004296652000080420481207journalofengineeringgeology工程地质学报基坑支护设计的弹性抗力法秦四清中国科学院地质与地球物理研究所北京100029摘要本文对基坑支护设计中常用的设计方法作了评述阐述了弹性抗力法的基本原理对计算时土压力分布模式的选择问题和多支撑板桩墙计算模型位移协调问题给出了明确答案最后通过实例分析阐明了采用弹性抗力法进行基坑支护设计的思路和步骤
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（ 3） 通过将常规商业软件与有限元分析相结合的 方式，可有效解 决 基 坑 支 护 设 计 中 遇 到 的 各 种 情 况 ， 进而为基坑支护技术的进步起到有力的促进作用，具 有显著的经济与社会效益。
Preliminary application of finite element structural analysis in foundation pit support Qin Hailan1 ，Bie Xiaoyong2
（ 1 WXUABAN Architectural Design，Wuxi 214001，China； 2 Wuxi Architectural Design ＆ Ｒesearch Institute Liability Co．，Ltd．，Wuxi 214001，China） Abstract： The flexible and multi-system mixed feature of foundation pit supporting makes a lot of support structure and its joints are very complex． The routine commercial software can not be targeted for calculation and analysis currently． It makes design of foundation pit very insecurely． Finite element structure analysis technique has been applied to the work of foundation pit design． It makes problem be solved effectively，which are remarkable economic and social benefits． Keywords： finite element structural analysis； foundation pit support； node
为确保工程安全，采用大型有限元分析程序按实际 支护结构布置进行模拟，建模时统一按实际尺寸对锚杆、 压顶梁及内支撑进行了输入。锚杆采用 Combin14 单元 进行模拟，单元刚度由程序自行计算； 混凝土压顶梁 和支撑采用Beam3 单元，节点均为刚性节点； 土压力
图 4 有限元模型压顶梁弯矩分布图
以线荷载形式直接作用于压顶梁上。建立有限元模 型并计算得到压顶梁弯矩分布如图 4 所示。 2． 2 计算结果与分析
1 问题的提出 深基坑支护设计压顶梁是必不可少的支护结构
之一，通过它将围护桩连为一体，形成整体协同工作。 关于压顶梁计算方法，现行《建筑基坑支护技术规程》 （ JGJ120———2012） ［1］中有明确规定，其计算简图如图 1 所示。
图 1 压顶梁计算简图
对于纯粹采用内支撑支护结构或者锚杆支护结 构，因其不存在 刚 度 突 变 问 题，压 顶 梁 的 计 算 可 按 上 述规范方法采用商业软件进行计算分析。但对于一 些复杂的基坑工程，由于其支护形式往往会采用锚杆 与支撑混合或部分悬臂与部分带水平支点支护形式 混合，这类情况下，在不同支护形式的交接位置，压顶 梁刚度发生突变，其内力分布是普通商业软件无法计 算分析的。此时就需借助有限元分析进行研究，以准 确掌握其内力分布。
作者经过仔细研究，最终决定采用有限元方法进 行辅助设计，考 虑 到 结 构 的 对 称 性，仅 取 对 撑 桁 架 的 1 /4 进行有限元计算分析。考虑了混凝土材料的非 线性，对该结构进行了极值稳定性分析。
建立初始有限元模型如图 8 所示。计算得到桁 架结构的荷载-挠度曲线如图 9 所示。通过有限元建 模计算，精确得 到 该 超 长 空 腹 桁 架 结 构 的 水 平 抗 力 ， 发现其抗力不足以满足围护桩抗倾覆安全要求，需进 行改进，从而为围护结构抗倾覆安全度的确定提供了 有力的设计依据。
基坑近似长方形，其中裙楼基坑开挖深度为 13． 4m， 主楼基坑开 挖 深 度 为 15m，核 心 筒 最 大 开 挖 深 度 为 19m。基坑支护采用钻孔灌注桩加高压旋喷桩止水， 主楼位置采用内支撑对撑，裙楼位置采用三至四道锚 杆支护，压顶梁标高一致。基坑支护结构平面布置如 图 3 所示。
基坑支护设计采用国产设计软件进行单元计算， 但因无法建模来模拟压顶梁在锚杆与支撑交接位置 处的刚度差异，该处的内力分布无法准确掌握。
0 引言 有限元法通过将研究对象离散为连续单元，并借
助现代高度发展的计算机技术以及数值计算理论方 法来进行大规模节点运算，从而获得研究对象的内力 分布以及位移情况等。对于复杂的结构形式。该方 法的优势显得尤为明显，它目前在建筑结构设计中已 得到广泛应用，并有效指导了建筑结构的设计工作。
然而在基坑支护设计领域，虽然国内已经形成了 系统、成熟的设 计 方 法 体 系，并 编 制 了 相 应 的 国 家 规 范、规程，同时结合岩土工程的地区特性，各地也相应 出台了具有本地特点的设计规程。但是目前国内结 合上述规范、规程编制的商业设计软件大多基于简单 的杆系有限元分析，对于复杂的支护节点或者支护结 构无法进行针对性的计算分析。
［摘要］ 基坑支护结构形式灵活多变、多体系混合的特点使得很多支护结构及其节点非常复杂，目前国内常规商 业软件无法对其进行针对性的计算分析，给基坑设计安全带来隐患。通过将有限元结构分析技术引入基坑支护 设计工作中，使得上述问题得到有效解决，具有显著的经济与社会效益。 ［关键词］ 有限元结构分析； 基坑支护； 节点 中图分类号： TU735． 1 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2013） S2-0609-03
第 43 卷 增刊 2013 年 10 月
建筑结构 Building Structure
Vol． 43 S2 Oct． 2013
有限元结构分析技术在基坑支护中的应用初探
秦海兰1 ， 别小勇2
（ 1 无锡市都市建筑设计有限公司，无锡 214001； 2 无锡市建筑设计研究院有限责任公司，无锡 214001）
计算得到不同交接位置处压顶梁的弯矩分布如 图 5 所示。从有限元计算结果可见，在锚杆与支撑交 接位置处压顶梁的弯矩数值迅速增大，应力梯度较大 且存在正负变化，实际设计中应需予以充分考虑。
在基坑支护设计过程中，根据上述数值计算结果 进行针对性处 理，目 前 基 坑 已 回 填 完 毕，整 个 施 工 过 程中压顶梁无 裂 缝，确 保 了 工 程 安 全，基 坑 局 部 位 置 实况照片如图 6 所示。
根据上述有限元分析结果对支撑桁架布置进行合 理调整，目前该工程已进入支撑施工阶段，如图 10 所示。
图 9 荷载-挠度曲线
图 7 超大面积基坑内支撑布置
该基坑中部设计采用两片宽度 20m 的桁架对撑， 该桁架长度超过 200m。考虑材料非线性和几何非线 性情况下，应用常规商业软件无法计算分析该超长对 撑桁架的结构抗力，因此无法确定围护结构的抗倾覆 安全度，导致该设计方案在专家评审过程中一度争议 不断。 3． 2 有限元建模分析与结果
图 2 为某内支撑与锚杆混合支护实例，在其交接
作者简介： 秦海兰，硕士，工程师，Email： 43581060@ qq． com。
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建筑结构
2013 年
图 2 锚杆与支撑混合支护形式
部位的压顶梁刚度差异显著。 2 有限元结构分析在复杂支护结构节点计算中的 应用
2． 1 有限元建模 以无锡某基坑工程为例，该工程设三层地下室，
［4 ］ 刘国斌，王卫东． 基坑工程手册［M］． 2 版． 北京： 中 国建筑工业出版社，2009．
（ a） 节点 A
（ b） 节点 B
图 5 压顶梁在节点 A、B 处弯矩分布
图 3 基坑支护结构平面布置图
图 6 基坑局部照片
第 43 卷 增刊
秦海兰，等． 有限元结构分析技术在基坑支护中的应用初探
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3 有限元结构分析在超长支撑桁架结构稳定性分 析中的应用 3． 1 问题的提出
某两层地下室，基坑开挖面积逾 7 万 m2 ，基坑宽 度超过 220m，采 用 围 护 桩 加 内 支 撑 混 合 支 护 结 构。 内支撑布置形式如图 7 所示。
图 8 桁架结构有限元模型及节点放大图
图 10 施工中的超长对撑桁架
4 结论 （ 1） 随着城市建设的蓬勃发展，复杂深基坑、大基
坑越来越多，基坑的支护形式及不同支护形式的组合 也日益多变，目前基坑支护设计大部分仍局限于采用 杆系有限元进行弹性分析，因此无法充分分析基坑工 程中出现的复杂节点或结构非线性问题。引入大型 有限元计算程序对复杂节点或结构进行分析已势在 必行。
实际上由于基坑结构受周边环境制约，其支护形 式具有因地制宜、灵活多变以及多种体系混 合 的 特 点，无法做到规 整 统 一，因 此 往 往 产 生 非 常 复 杂 的 节 点结构或体系，借助现有普通商业软件设计师无法清 晰掌握上述部件的内力分布，给基坑安全带来隐患。
作者在长期设计实践工作中，通过应用有限元结 构分析技术，对支护结构关键节点及复杂结构进行仿 真分析，实践证 明 该 方 法 可 有 效 保 证 支 护 结 构 安 全 ， 具有显著的经济与社会效益。
参考文献
［1 ］ JGJ 120—2012 建筑基坑支护技术规程［S］． 北京： 中 国建筑工业出版社，2012．
［2 ］ 赵 明 华． 土 力 学［M］． 武 汉： 武 汉 理 工 大 学 出 版 社，2000．
［3 ］ 陈 忠 汉． 深 基 坑 工 程［M］． 北 京： 机 械 工 业 出 版 社，2003．