基于有限元法的大面积基坑支护系统优化设计

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基于有限元数值模拟的深基坑支护桩优化设计

第!!卷第!期!""#年#月西北水力发电$%&’()*%+(%’,-./0,-12’%/*/3,’435%./’6789!!:79!;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;<=>9!""#文章编号?@#A @B C A #D E !""#F "!B ""G A B "G基于有限元数值模拟的深基坑支护桩优化设计王国标@H 陶文慧!H 杨宏丽G H赵杰C H 尹小涛IE @9浙江佳境规划建筑设计研究院有限公司H 杭州G @"""C J !9浙江省丽水市建筑工程施工图审查中心H 浙江丽水G !G """J G 9西安长庆科技工程有限责任公司建筑设计部H 西安A @""!@J C 9中交第一公路勘察设计研究院西安中交公路岩土工程有限责任公司H 西安A @"""!JI 9中国科学院武汉岩土力学研究所H 武汉C G ""A @F 摘要?利用有限元方法对不同几何尺寸及变形参数下的某深基坑支护桩受力及变形特性进行了数值模拟H 分析得出了深基坑开挖和支护过程中支护桩几何参数对该工程开挖变形的影响程度和灵敏性K 最终确定了影响深基坑开挖与支护过程支护桩的主要设计参数H 为同类地质条件下的相似基坑工程支护桩设计提供了参考的依据K 关键词?深基坑J 开挖J 支护J 桩J 优化设计J 有限元数值模拟中图分类号?L MC I文献标识码?NO 引言随着城镇化的趋势H 地面空间日趋紧张K 在这种情况下H 迫使人们把目光投向了空中和地下H 于是楼越建越高H 基坑越挖越深H 这就产生了一系列的深大基坑工程问题P @Q A R K 由于基坑深大H再加上周边建筑物密集H 或者地下管网无法避开等情况H 那么如何保证深基坑安全稳定的问题就摆在了研究人员面前K 桩既可以穿越上部不良地层H 也可以把所承受的荷载传递到深部承载力较好的地层H 还可以利用自身的抗剪能力起到限制侧向变形的作用H 这样就具有承载和支护性能好等优点H 所以经常被用于深大基坑工程的围护中P @Q A R K 同一工程采用不同的支护方案在经济性和安全性方面往往差别较大H 如何在施工前进行不同设计方案的优选便显得很有必要K 进行现场试验需要投入大量的人力S 物力和财力H 而有限元数值模拟可以按不同的工况计算多种情况下支护桩和土层的共同作用H 并可以此评估不同案对周边环境的影响程度和围护效果H 因而可以方便快捷的为设计提供方案优选的依据KT 计算模型及计算方案T 9O 物理模型S初始条件S 边界条件及土性参数工程场地土层由上至下为填土S 粉质粘土S 粘性土S 粉细砂及杂色粘土H 由于地下水埋深较大H故本次计算没考虑水的影响H 模型尺寸为@""U V#"U H 基坑为!"U 宽H @!U 深H具体地层空间图@物理模型收稿日期?!""#B "G B "G作者简介?王国标E @W ##B F H男H 浙江丽水人H 浙江佳境规划建筑设计研究院有限公司副总工程师K表!材料参数土层名称层厚"#$容重"%&’#()$压缩模量"*+,$泊松比内聚力"%+,$内摩擦角"-$填土.’../)’..!0’12’...’31.’..1.’..粉质粘土)’../!!’..!4’.!.’...’3.!4’..15’..粉质粘土!!’../!0’..!4’5!4’...’)51.’..!0’..粘性土!0’../1)’..!0’6!2’5..’)111’5.13’!.粉细砂1)’../15’..!0’5))’...’)..’..).’..杂色粘土15’../5.’..!4’014’5..’153)’4.14’6.混凝土15’..1! (1)表1数值模拟方案计算方案789:;<=墙体参数桩墙深度"#$!0’.1.’.11’.13’.12’.10’.).’.厚度"#$.’3.’2.’0!’.!’1!’3!’2 >?@A&’#(!0’3!1’2!2’01!’.15’114’3))’2 >B@A&’#.’!!.’)3.’4.!’65)’.13’0.6’!6分布情况和基坑几何尺寸及位置信息见图!C 计算时把重力场作为初始应力输入计算模型D考察了基坑开挖后应力重新分布引起的水平及竖向变形C计算共分5步模拟D E F G H!认为支护桩施工完成I E F G H1J E F G H)J E F G H3和E F G H5分别模拟开挖至初始地表下)#J2#J4#和!1#C在模型两侧施加水平向约束D底部边界施加竖向及水平向约束C计算中土体本构关系采用硬化模型D桩体采用弹性本构D桩土接触面采用强度折减的薄层单元进行了处理D所需土体及桩体材料参数列于表!CK’K计算方案本次数值模拟的目的是为设计提供支护桩的优化依据D在图!的基础上D模拟了!2#/).#以1#等间距递增的6种桩体长度情况I针对墙体厚度D设计了.’3#/!’2#以.’1#等间距递增的6种情况D具体计算方案详见表1D这样计算后可以提供设计所需支护桩几何优化参数CL数值模拟结果分析L’M桩墙厚度的影响在上述设计方案的基础上D模拟了6种桩墙厚度条件下的支护效果D限于篇幅在此仅以11#的桩长为例进行说明D计算结果整理成下图1J图)和图3C在此仅列出NO!’.#时D桩顶的水平位移随开挖步的变化D具体见图1C从图1可以看出D不论在开始开挖还是开挖结束的E F G H1/E F G H5D桩身水平位移尽管随着开挖地进行逐步增大D各开挖步下D桩身水平位移变化规律相似D都是桩顶最大D然后随着深度减小I 而且可以看出开挖步1和开挖步)时D桩身水平位移不大D都在厘米级以内D其后位移增幅明显D 呈悬臂结构C从图)中可以看出D在E F G H1/E F G H5间D各开图1各开挖步下桩身水平位移图图)桩顶水平位移随墙体厚度变化图)西北水力发电第11卷挖步下由于厚度增大引起的各步下桩顶水平位移逐步减小!其中"#$%&下位移最大!而且减小最明显!也最快’然后"#$%(次之!"#$%)居中!"#$%*由于本身位移值在毫米级!所以虽然具有类似的规律但整体表现没有其他几个水平变位显著的开挖步明显+在,-./(012/.0时!厚度增大引起的水平位移明显减小!说明该厚度范围为敏感厚度范围’当,-2/.012/30时!厚度增加引起的水平位移调整已经不像开始那么明显!说明厚度达到一定值之后再靠厚度增加来控制水平变位已显得不经济+在,-2/.0之前!厚度调整引起的桩顶水平位移变化量较大!随着墙体变厚!位移虽然仍保持减小趋势!但调整量逐步变小!在该值以后仅在厘米级变化!该值可以作为单纯依靠墙体厚度起到支护目的的下限参考值+图(各开挖步下的桩身弯矩随墙体厚度变化图从图(可以看出!在开挖步"#$%*1"#$%&间!随着基坑深度的逐步增加!桩体由于侧向土压力的作用!其弯矩逐步增加+具体到各开挖步下由于墙体厚度的增加!其抗弯抗剪作用明显增强+具体的尺寸效应在该部分规律不是很明显+综上!,-2/.0可以作为厚度影响的敏感尺度下限值!在后续长度效应分析时!将采用该值作为固定不变值4厚度优化值5+6/7桩长的影响在,-2/.0的情况下!按设计的8种桩长模拟了基坑的开挖!为了解长度对支护效果的影响程度!结果整理成下图&+其中桩长等于290时!在"#$%&土体失稳!该部分位移值仅供参考+从图&中可以看出!在桩长在2901**0间增长时!基坑顶部和底部位置处桩身的水平位移急剧减小!支护效果明显+其后**01).0时!随着桩长的增加!支护效果变得不再明显!所以盲目的依靠增加桩长来提高支护效果显得浪费’当桩长在**01*(0间变化时!基坑顶部和底部位置处桩身的水平位移随着桩长的变化量急剧减小!其后变化量锐减到毫米级!说明该长度区间可以作为敏感区间!可以作为优化长度设计的采用区间+因此!长度优化值可以采用**0+图&水平位移随桩长变化图6/6两个影响因素的优化组合在上述优化参数的基础上对,-2/.0!桩长等于**0几何参数下的支护桩支护效果进行了计算!结果见图3+图3应力水平云图从图3中可以看出!图中颜色越深!应力水平越接近于2/.!说明离剪切破坏状态越近!桩长范围内桩体有效的控制了可能发生破坏范围的土体发生侧向剪出的可能+限于篇幅这里只给出了优化参数下的应力水平云图!其实从各厚度和桩长参数下的一系列云图可以看出随着墙体变厚和桩长变长!接近于剪切破坏的土体区域4图中颜色深的部分5逐步变小!最终稳定到一定范围+这些都说明了优化设计对于基坑工程的必要性+:结语425在,-./(012/.0时!厚度增大引起;)第*期王国标!等基于有限元数值模拟的深基坑支护桩优化设计的水平位移明显减小!当"#$%&’($%)’时*厚度增加引起的水平位移调整已经不明显*说明当厚度调整到一定程度之后再依靠厚度增加来控制水平变位已经变得不经济+,-.各开挖步下由于厚度增大引起桩顶水平位移逐步减小*其中开挖/0123减小最多!开挖步4次之*开挖/0125居中*开挖/012-本身位移值不大+厚度"#$%&’之前水平位移变化量差别明显*该值可以作为厚度优化参数+,5.桩长在$6’(--’间增长时*基坑顶部和底部位置处桩身的水平位移急剧减小!其后--’(5&’时*随着桩长的增加*支护效果变化不明显+当桩长在--’(-4’间变化时*基坑顶部和底部位置处桩身的水平位移随着桩长的变化量急剧减小*其后变化量锐减到毫米级*说明该长度区间可以作为长度优化设计的采用区间+参考文献78$9夏雄%一种深基坑支护桩间距的确定方法8:9%铁道建筑*-&&3*,;.7;$<;5%8-9黄凯*应宏伟*谢康和%深基坑圈梁与支护桩的相互作用分析8:9%岩石力学与土程学报*-&&5*--,5.746$<46)%859李琳%深基坑支护桩的结构与应用8:9%黑龙江水利科技*-&&-*,4.7$$5%849徐能雄*何世秀*杨雪强%深基坑支护桩的离散元分析8:9%湖北工学院学报*$==6*$5,-.75)<4&%839戴嘉川*空间组合支护桩结构在深基坑开挖中的应用8:9%福建建筑*-&&$*;$,$.73&<3-%8)9代艳华*张川*曲霞%深基坑工程支护桩体时空监测8:9%西部探矿下程*-&&4*$&5,$-.73)<3;%8;9余焕生%深基坑支护桩加固技术的应用8:9%广东土木与建筑*-&&5*,5.7-;<-6%>?@A B C D E F G A H I J K L M J N A I H O A D F J IE F F ?P J Q I R C @A J I O A @S C G F RJ IP F B T Q B F N A U C D L A B Q D C @A J IVW X Y Y Z [<\]^[$*_W ‘V1a <b Z ]-*c W X Y d [a e <f ]5*g d W ‘:]14*c h X i ]^[<0^[3,$%:]^j ]a ek f ^a a ]a elWm n b ]01n 0Z m ^f o 1/]e ap 1/1^m n bh a /0]0Z 01[q g b 1j ]^a e *d ^a e r b [Z 5$&&&4*s b ]a ^!-%t ]/b Z ]s [a /0m Z n 0][au a e ]a 11m ]a e h a /21n 0][as 1a 01m [q g b 1j ]^a e *t ]/b Z ]5-5&&&*s b ]a ^!5%W m n b ]01n <0Z m 1o 1/]e ao 120*i ]v ^a s b ^a e w ]a e _1n b a [f [e x u a e ]a 11m ]a e s [%*t 0y %*i ]^a;$&&-$*s b ]a ^!4%i ]v ^as b ]a ^d ]e b z ^xY 1[01n b a ]n ^f u a e ]a 11m ]a es [%t _o %*0b 1{]m /0d ]e b z ^x|Z m }1xl o 1/]e ah a /0]0Z 01[q s b ]a ^*i ]v ^a;$&&&-*s b ]a ^!3%h a /0]0Z 01[q p [n ~^a y|[]f !1n b ^a ]n /*s b ]a 1/1Wn ^y 1’x[q |n ]1a n 1*VZ b ^a45&&;$*s b ]a ^."#G @N C U @7_b 1y 1q [m ’^0][a^a y/0m 1//q 1^0Z m 1/[q /b [m ]a e2]f 1[q n 1m 0^]ay 112q [Z a y ^0][a2]0z ]0by ]q <q 1m 1a 0e 1[’10m ]n ^f y ]’1a /][a^a yn [’2Z 0]a e 2^m ^’101m /^m 1/]’Z f ^01y\x{u !%Wq 01m ^a ^f x r ]a e 0b 1/1y ^0^*0b 1]a q f Z 1a n ]a ey 1e m 11^a y/1a /]0]}]0x[q y 1q [m ’^0][a]a y Z n 1y\x1$n ^}^0][a^m 1n ^Z /1y\x 2]f 1%/e 1[’10m ]n ^f 2^m ^’101m [a1$n ^}^0][a^a y/b [m ]a e[q 0b ]/y 112q [Z a y ^0][a2]0*z b ]n b^m 1y 101m ’]a 1y%{]a ^f f x *0b 1’^]ay 1/]e a2^m ^’101m /[q /b [m ]a e2]f 1*z b ]n b^q q 1n 00b 1y 1q [m ’^0][a^a y/0m 1//]a0b 12m [n 1//[q 1$n ^}^0][a *^a y/b [m ]a e[q y 112q [Z a y ^0][a2]0^m 1^/n 1m 0^]a 1y %|]’Z f 0^a 1[Z /f x *0b 1m 1q 1m <1a n 1m Z f 1[q y 1/]e a^\[Z 0/b [m ]a e2]f 1]//Z 22f ]1yq [m 0b 1/]’]f ^m 1a e ]a 11m ]a ez ]0b0b 1/^’1e 1[f [e ]n ^fn [a y ]0][a%&F ’(J N R G 7y 112q [Z a y ^0][a2]0!1$n ^}^0][a !/b [m ]a e !2]f 1![20]’^f y 1/]e a !))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))****{u !a Z ’1m ]n ^f /]’Z f ^0][a以我为载体*传播你美名欢迎刊登广告++西北水力发电&4西北水力发电第--卷。

基于FLAC的深基坑支护体系优化设计

重要的应用，与离散单元法一样，时步采用动它按
为了方便后续工序的施工，保证工程进度，据并依已掌握的工程地质情况、工程现场实时监测数据以
及工程施工经验。结合数值模拟分析，支护结构对
１５Ｏ
响，生的纵向温度应力很大，易使女儿墙及其产极
下面紧密接触的墙体产生裂缝。为此可在挑檐板上做保温层。条件的情况下应将外圈梁尽量做成暗有圈梁，对３０ｍ如７ｍ厚外墙。圈梁可设计为２０ｍｍ４宽、包１０ｍｍ砖；于２０ｍｍ厚外墙梁可设计外２对４
２０ｋ０Ｎ预应力。由于开挖深度比较大，ｌ作业面施Ｔ
小，在施工过程中发现存在换撑问题，三道支撑第
难以施工，且在支撑之后下部土体开挖很难进行．
形问题的数值方法。它以连续介质力学为基础．利用差分格式，时步积分求解，按随着构形的变化不断更新坐标，许介质有大的变形。拉格朗Ｅ元法允ｔ最适用于求解非线性大变形问题，岩土力学中有在
基于ＦＡ的深基坑支护体系优化设计ＣＬ
刘军武，陈昊
西北有色勘测工程公司（１０４７０５）
摘要：对广州市新光快速路第一标段泵站工程开挖深度大，工过程中换撑难以及支撑下部土体难针施以开挖的问题，过ＦＡＣ程序对该基坑支护体系进行优化设计，析及监测结果表明基坑是安全的．通Ｌ分

基于有限元分析的地铁站深基坑支护设计

在ＡＳＳ模拟基坑开挖过程中，ＮＹ围护桩用平面
结构，工开挖时充分考虑时空效应，施尽量分小段开挖，挖到位后及时架设钢支撑。基坑开挖遵循开
“ 分段分层、由上而下、先支撑后开挖 ” 的原则，开挖步序如下：
算。每加一道支撑，就根据上一次墙体先期发生的
ｌ工程概况
某地铁车站拟建主体结构为三层一柱两跨框架，板埋深２ｍ，底０拟采用地下连续墙作为主体围护
变形进行修正。其计算图式，如图Ｉ所示，支撑轴力计算结果，见表１。２２基坑围护结构变形和内力分析．
质粘土、淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土等软土层、淤
涉及到强度和稳定问题，涉及到变形问题。近年又来，随着经济建设的不断发展和城市发展的需要，基坑工程不仅数量增多，而且向着更大、更深的方向发展，地铁基坑工程更具有其特殊性。
处，架设第五道钢支撑；六步：掏槽第开挖至第六道
钢支撑下０５．ｍ处，掏槽架设第六道钢支撑；第七
步：开挖至基坑底，做垫层等。施主体围护总深度４ｍ。地铁基坑范围内主要工２程地质情况自上而下分别由素填土、沉积形成的粉
第一步：挖至第一道钢支撑下０５开．ｍ处，槽掏
梁单元ＢＡ３ＥＭ模拟，每隔ｌｍ设置一个节点；开挖面以下弹性地基用弹簧单元ＣＭＩ１ＯＢＮ４模拟，沿深度每隔１ｍ设置一个弹簧单元；钢支撑用平面杆单元ＬＮ１ＩＫ模拟，考虑到实际工程中支撑往往采用对撑的形式，此处支撑计算长度取总支撑的一半。基坑开挖到基底后底板、侧墙、中板、顶板浇筑后可以当成一道刚度很大的支撑，因此，整个施工过程中围护结构的最大内力和变形主要取决于开挖过

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计基坑是指在土方开挖中，由于地质条件、深浅、容许变位附近建筑物的限制等因素，须采取措施保证开挖坑壁的稳定和周围建筑物的安全的一种工程措施。

基坑支护优化设计就是通过对基坑支护方案进行合理优化，以达到最佳的工程效果和经济效益。

在进行基坑支护优化设计时，首先要考虑的是基坑的周围环境和地质条件。

不同地质条件下的基坑支护方案会有所差异。

在软弱地质条件下，可以采用钢支撑或预应力锚杆进行支护，而在硬壁岩石地层中，则可以考虑采用爆破或喷射锚杆进行支护。

在进行基坑支护优化设计时，要充分了解和分析基坑周围的地质情况，选择合适的支护方案。

要考虑基坑支护的持久性和稳定性。

基坑支护的持久性是指基坑支护结构在使用寿命内能够保持稳定的能力。

而稳定性则是指基坑支护结构在施工和使用过程中不会发生破坏和变位的能力。

为了保证基坑支护的持久性和稳定性，可以采用增加地下连续墙的厚度和深度、加强边坡支护等措施，提高支护结构的稳定性。

基坑支护优化设计还要考虑施工的经济性。

施工成本是一个重要因素，因此在进行基坑支护优化设计时，要尽量选择经济合理的施工方案。

在选择支护材料时，可以根据实际情况选择性价比较高的材料，或者通过合理的设计减少材料的使用量，以降低施工成本。

基坑支护优化设计还要考虑施工的安全性。

基坑支护施工是一项复杂的工程，需要做好施工安全措施，确保施工过程中不会发生事故。

在基坑支护优化设计中，可采用一些安全措施，如设置防护栏、加强对施工人员的培训等，以确保施工的安全性。

基坑支护优化设计是一个综合考虑地质条件、支护持久性、施工经济性和施工安全性的过程。

通过合理的优化设计，可以提高工程的效果和经济效益，保证基坑支护工程的顺利进行。

基于有限单元法的深基坑支护体系变形研究的开题报告

基于有限单元法的深基坑支护体系变形研究的开题
报告
一、研究背景和意义
深基坑工程作为城市建设和土木工程中不可或缺的一部分，近年来得到了广泛的应用。

其中，支护体系（如桩、托臂、垂壁等）在深基坑工程中的作用至关重要。

然而，深基坑支护体系的变形问题一直是研究领域中的一个重要难点，也是深基坑工程中需要解决的难题。

因此，本文旨在通过有限单元法研究深基坑支护体系的变形机制，为深基坑的设计提供理论依据和技术支持。

二、研究现状
目前，关于深基坑支护体系变形的研究主要采用数值模拟和现场实测相结合的方式，其中有限元法是常用的数值模拟方法之一。

有关深基坑支护体系变形的研究大多聚焦于变形机制和影响因素，以及如何采取措施减轻变形等方面，通过各种实测数据和数值模拟分析来进行研究。

三、研究重点和技术路线
本文研究的重点是深基坑支护体系的变形机制及其影响因素。

基于有限元法，利用Ansys等数值模拟软件，建立深基坑支护体系的模型，进行力学分析和模拟计算，探究各种因素对支护体系变形的影响，包括土体的力学特性、支护结构的类型和参数等，同时，研究如何采取措施减轻变形，如加固支护结构、选择合适的材料等。

技术路线包括：收集并整理现有文献资料，建立深基坑支护体系的有限元计算模型，制定计算方案并进行数值模拟，分析计算结果，提出相应的设计建议。

四、预期成果和应用价值
本文预期能够研究深基坑支护体系的变形机制及其影响因素，为深基坑的设计提供理论依据和技术支持，提出相应的设计建议，同时推进深基坑工程的研究和发展，为城市建设和土木工程带来积极的效益。

基于有限元分析的结构优化设计方法研究

基于有限元分析的结构优化设计方法研究在工程领域中，结构设计是一项重要的任务，它直接影响到工程项目的稳定性和安全性。

为了提高结构设计的质量和效率，近年来，人们开始广泛应用基于有限元分析的结构优化设计方法。

本文将探讨这一方法的原理、应用和未来发展方向。

一、有限元分析的原理有限元分析是一种数值计算方法，用于求解连续介质力学问题。

它基于有限元法的理论，将复杂的结构分解为有限的子单元，利用数值模拟和计算的方法，逐步逼近真实结构的行为。

有限元分析的原理可以总结为以下几个步骤：1. 网格划分：将结构划分为有限个小的单元，每个单元都有一组节点和自由度。

2. 单元本构关系：定义每个单元的材料性质和本构关系，例如弹性模量、泊松比等。

3. 边界条件：定义结构的边界条件，包括约束和荷载。

4. 求解方程：根据边界条件和单元本构关系，建立结构的运动方程，通过求解得到结构的应力和位移场。

二、结构优化设计结构优化设计是指在给定的设计变量和约束条件下，寻找最优的结构几何形状和材料分布，以满足设计要求。

基于有限元分析的结构优化设计方法主要包括以下两种形式：1. 拓扑优化：该方法通过在结构中添加或移除材料，改变结构的拓扑形状，实现结构的优化设计。

拓扑优化常用的算法包括密度法、梯度法等。

2. 尺寸优化：该方法通过改变结构的尺寸参数，如截面尺寸、厚度等，来实现结构的优化设计。

尺寸优化常见的算法包括等高线法、灰度法等。

三、应用案例基于有限元分析的结构优化设计方法在各个领域都得到了广泛应用。

以航空航天领域为例，研究人员利用该方法对飞机机翼结构进行优化设计。

通过调整材料分布和拓扑形状，他们成功提高了机翼的强度和刚度，同时减轻了重量，提高了飞机的性能。

类似的优化设计方法还可以应用于汽车、建筑、桥梁等领域，以实现更高效的结构设计。

四、未来发展方向虽然基于有限元分析的结构优化设计方法已经取得了一些重要成果，但仍存在一些挑战和待解决的问题。

未来的发展方向包括以下几个方面：1. 多学科优化：结构优化设计不仅需要考虑力学性能，还需要兼顾其他学科指标，如流体力学、热学等。

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。

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。

基于有限元法对基坑支护的设计研究

结构的变形、位移及安全系数。根据计算结果，结合工程实际情况实时调整了结构的设计方案。
２工程概况
目前，边坡稳定分析方法有极限平衡法和数值
本工程拟建住宅楼ｌ８层及地下车库１，架层框剪力墙结构。基坑开挖深度约在地面下６０该工．ｍ，程的施工作业面受已有建筑物限制，部建筑红线局与基坑开挖内边线紧邻，坑开挖不能采用自然放基坡，者放坡比较陡，或该基坑放坡系数按１：．０５考虑。对这个比较陡的坡做有限元分析后发现，边坡会发生滑坡失稳，此必须进行边坡支护，用为采
人民交通出版社，０５ ห้องสมุดไป่ตู้２０．
［］５杨文渊，彝合编．梁维修与加固［．徐桥Ｍ］北京：民交通出版人
社，９５１９．
ＲｅｎｏｃｍｅｔＤｅｉｎｆｒＷａｉｎＢｉｇｉｆｒｅｎｓｇｏｄａｒｅｄ
ＡｂｔａｔＷａｉｎＢｉｇｎＨｅａＬｎｎ１ｘｍｅｎｏｃｄｃｎｒｔｏｌｗｓｂｂｄｅｈｕｓｒｃｕｅｓｒｃｄａｒｅｏｄｉｅｉａ８１ｄｓ６ｒｉｆｒｅｏｃｅｅｈｌｌｒｇ，ｔｅｓｂｔｔｒｏａｉｕ
期，高层建筑对应的基坑越来越深。由于场地狭窄，
深基坑必须支护，故对基坑稳定和位移的控制要求很高。加上土体的变异特性，施工过程中可能出在现各种突变情况，因此对预开挖基坑结构的稳定性

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计基坑支护是土木工程领域中非常重要的一项技术，它通常用于建筑工地的地基处理、地下室建设和城市地铁工程等。

基坑支护涉及的内容非常广泛，其中最为关键的就是支护设计。

基坑支护设计的目的是确保基坑的安全、稳定和可持续性。

这个设计过程包括了多个方面，例如基坑的深度、土壤性质、工程机械、水文地质条件等等。

基坑支护设计必须经过严密的分析和计算，并参考相关的规范和标准，确保设计方案的可行性和安全性。

在进行支护设计时，需要考虑多个因素，例如施工现场的特点、土壤稳定性、支撑结构的强度和刚度、设计参数的选择和校核等。

因此，优化支护设计是非常重要的一项任务。

首先，基坑支护设计需要考虑到施工现场的实际情况。

施工现场通常受到很多限制，例如周围建筑物的距离、地下水位、土壤类型等等。

因此，支护设计必须考虑施工现场的实际情况，合理选择支撑结构类型和参数，并制订相应的防护措施，降低风险。

其次，支护设计需要考虑土壤稳定性。

支撑结构是基坑支护的重要组成部分，它承受着地面的荷载和水力荷载。

支撑结构的设计需要考虑到土壤的稳定性，确保土体能够承受支撑结构所产生的荷载和压力。

除此之外，支护设计还需要考虑支撑结构的强度和刚度。

支护结构的强度和刚度是保证基坑安全的重要因素。

在支护结构的设计过程中，需要合理考虑结构的抗弯、抗剪、抗压等性能，并根据工程实际情况进行校核。

另外，支护设计过程中选择合适的支护设备也是非常重要的。

现代支护设备种类繁多，每种设备都有其独特的优缺点，根据不同的工程要求选择不同的支撑设备是非常关键的一步。

总之，基坑支护设计需要综合考虑多个因素，制定出具有可行性和安全性的方案。

在实践中，设计人员必须不断总结和优化设计方案，使其更加精细和科学。

基于有限元分析的结构优化设计与仿真

基于有限元分析的结构优化设计与仿真结构优化设计与仿真是一种基于有限元分析的有效方法，可以通过对结构进行细致的分析和优化，以实现结构的最佳性能。

本文将介绍有限元分析的基本原理、结构优化设计的基本方法以及仿真技术的应用，并分析其在工程实践中的重要性和优势。

有限元分析是一种将复杂结构离散成有限个单元并对其进行数值计算的方法。

它通过代数方程和微分方程来描述结构内各个单元的受力和变形关系，从而实现对结构的分析和仿真。

有限元分析的核心思想是将结构离散为多个小单元，每个小单元内的力学行为可以通过经典的力学理论进行描述。

通过对每个小单元进行计算，并将其相互联系起来，就可以得到整个结构的应力、变形和刚度等参数。

在结构优化设计中，有限元分析扮演着重要的角色。

通过对已有结构的有限元模型进行分析，可以了解结构的强度、刚度、稳定性等基本性能，并且可以得到结构各个局部区域的应力和变形分布情况。

基于这些分析结果，可以进行结构的优化设计，以改善结构的性能。

最常见的结构优化目标包括减小结构的重量、提高结构的强度和刚度等。

结构优化设计的方法有很多种，其中最常见的包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化等。

拓扑优化是通过改变结构的拓扑形态来优化结构的性能。

它可以通过添加、删除或重新分配材料来改变结构的拓扑形态，以实现给定的设计目标。

形状优化是通过改变结构的几何形状来优化结构的性能。

它可以通过调整结构的外形参数，如曲率、厚度等，来改善结构的性能。

尺寸优化是通过改变结构的尺寸参数来优化结构的性能。

它可以通过调整结构的尺寸参数，如长度、宽度等，来改善结构的性能。

仿真技术在结构优化设计中也有着重要的应用。

通过将已有结构的有限元模型与仿真软件相结合，可以实现对结构性能的精确预测。

仿真技术可以通过设定结构的边界条件和约束条件，对结构进行不同工况下的响应分析，以评估结构在不同工况下的性能和稳定性。

同时，仿真技术还可以通过敏感性分析，确定结构的设计参数对性能的影响程度，以指导优化设计的方向。

某深基坑优化设计与有限元模拟分析

某深基坑优化设计与有限元模拟分析[摘要] 某下穿通道深基坑工程，在常规基坑支护设计的基础上进行优化设计和方案对比分析，优化后的“SMW工法+预应力锚桩”支护方案代替传统的内支撑方案，对其进行内力和变形计算，并利用有限元软件进行模拟分析，和实际施工中位移和变形的监测值进行对比验证，得知优化后的基坑支护方案是技术可行的，采用优化后的方案降低了工程造价，方便施工，缩短了工期，取得了良好的经济效益和综合效益。

本文的基坑优化设计方案对于类似工程的基坑支护有一定的指导意义。

[关键词] 深基坑优化设计SMW工法锚桩有限元0.引言随着我国城市建设的不断发展，建设规模的不断扩大，深基坑工程越来越多的涌现，采用预应力锚桩支护技术代替传统的内支撑方案，能够边开挖边支护并且可以为主体结构的施工提供比较大的空间。

这种支护形式具有造价低，工期比较短，施工速度快，不需要拆除支撑等优点已经越开越广泛的应用到了实际深基坑支护工程中。

1.基坑工程概况该基坑位于昆明市呈贡新城园塘路，基坑场地位于呈贡新区吴家营片区和雨花片区西侧，东侧毗临新昆洛高速公路，本次基坑围护主要是针对南中央大道和北中央大道（K0+490——K0+900）下穿通道的基坑围护。

该基坑平面呈狭长形，宽约25m，总长共计410m，基坑面积约10250m2。

基坑开挖深度4.60m——15.73m，变化幅度很大，需要根据基坑开挖深度进行分段支护。

本基坑安全等级为一级。

2.场地的工程地质条件2.1 地形地貌本工程场地位于呈贡新区吴家营片区和雨花片区西侧，东侧毗临新昆洛高速公路。

本基坑工程周边环境如下：基坑东北侧离小塘子水库最近约15m；基坑西南侧离大塘子水库最近约40m；基坑坡顶边线距离水库边线较近，为防止水库的水从护坡面渗流到基坑内，需要对基坑侧壁采取有效的止水措施。

2.2 地层结构根据场地工程地质勘察资料，本工程基坑工程深度范围内，地基土简述如下：①素填土：褐、褐黄色，稍湿，以可～硬塑状态的粘性土为主，结构松散。

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计基坑支护设计是指在工程施工中针对基坑边坡或基坑支护结构进行优化设计的工作。

基坑支护优化设计的目的是提高支护结构的稳定性和安全性，减少施工过程中的风险和变化，并降低施工成本。

基坑支护优化设计需要充分考虑工程的实际情况和施工需求，综合分析和评估各种支护方式的优缺点，选择适合的支护方案。

通常，基坑支护设计可以分为静力分析方法和动力分析方法两种。

在静力分析中，可以采用杨氏切割法、手算法、有限元法等方法进行分析和优化设计。

有限元法是一种较为常用的分析方法，能够更准确地模拟支护结构的行为和变形，为设计者提供更多的信息。

在动力分析中，可以采用数值模拟方法对基坑支护结构进行动力响应分析和振动影响评估。

这些分析可以为设计者提供支护结构的稳定性和安全性的信息，避免共振和破坏等问题的发生。

基坑支护优化设计还需要考虑土壤的力学性质和水文地质条件，选择合适的材料和施工方法。

在土壤稳定性差、地下水位高的情况下，可以采用深层墙和钢支撑等支护方式来增加支护结构的稳定性。

基坑支护优化设计还需要考虑施工中可能遇到的问题和风险，并进行合理的设计和施工措施。

在地质条件复杂、施工过程中可能遇到地下水、地下管线等问题的情况下，需要采取相应的措施来应对和处理。

基坑支护优化设计是工程施工中必不可少的一项工作，它能够提高支护结构的稳定性和安全性，减少施工风险和变化，并降低施工成本。

设计者需要充分考虑工程的实际情况和需要，选择合适的支护方案，并采用适当的分析方法和施工措施。

基坑支护优化设计的实施需要多学科的交叉和合作，才能取得良好的效果。

基于有限元分析的结构优化设计方法的研究

一
的有限元优化设计。基于有限元分析和参数化建
模这两个基本理论，本文提出了一种结构优化设计方法，可以帮助设计者短时间内找出产品的最优设计，最后以电焊钳钳臂为例验证该方法的有
效性。
了参数建模方法，可以有效减少设计时间，并提
高设计质量。ＬｉｕＺ．Ｃ．等同归对ＶＣ＋＋和ＡＮＳＹＳ的ＡＰＤＬ语言进行结合开发，完成了ＹＪ３２液压机下梁
些研究口，验证了有限元分析（ＦＥＡ）在分析产
虑采用加强筋或加强套，或者改变关键尺寸来提
品结构性能时所体现的重要意义的意义。ＦＥＡ是
高产品的强度。通常情况下，有 ห้องสมุดไป่ตู้ 强筋的钳臂可以承受更大的负载，直径尺寸大一些的使用寿命
现在已经应用到设计整个过程，尤其是在上游设
泛用于获得特定负载条件下的结构的最佳强度／重
量比。
计阶段。然而，传统用于结构优化的ＦＥＡ技术需要花
费大量的时间，不能满足快速响应的需求，因此关于ＦＥＡ的进一步的研究目前引起了学术界的注
意。ＱｉａｏＬ．Ｈ．等提出了一种基于工程仿真的混合优化设计方法，并以钳臂为例进行验证该方法。通过总结前人的研究成果，其中一些研究也提出

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计
基坑支护是建筑工程中特别重要的一部分，其设计质量直接关系到井壁稳定、施工效率、质量及安全问题。

基坑支护的优化设计不仅需考虑支护构造的可行性和经济性，还需
考虑施工场地环境、周边建筑物的影响、土壤的物理力学特性等因素。

首先，在进行基坑支护优化设计前，必须熟悉当地地质条件、场地环境和地下设施状况。

根据地质勘探数据，制定分层模型、岩土物理力学参数等参数；了解施工场地附近建
筑物的影响范围，以及地下管线、线缆等设施的位置和状态。

据此，制定合理的支护结构、防渗设计等，并进行适度的降低施工对场地环境的影响。

其次，在选定基坑支护结构时，必须考虑到施工方式及工期。

传统的基坑支护结构通
常采用桩式、土钉墙、混凝土连墙等形式，但这些结构的施工周期较长。

为适应日益加快
的建设节奏，人们提出了越来越多的针对不同施工情况的优化设计方案，如加筋土墙、模
块板墙、钢护板、波形钢板墙等，这些结构的施工速度较快，可大幅缩短工期。

除此之外，优化的基坑支护方案还需满足以下要求：
1. 具备良好的变形性能，容错能力强；
2. 抵抗水位上浮压力、液力冲刷等方面的能力有保障；
3. 满足抗震要求，并考虑地中地下管线、综合管廊等设施的影响；
4. 尽量少占用施工空间，方便施工作业；
5. 方便拆除，节约资源，降低环境污染。

加强优化的基坑支护设计，能够提高工程质量，保证施工安全，且能够促进建筑业的
不断发展。

在具体实践中，建议采用实验、数值分析和工程应用三种手段相辅相成，进行
理论优化、实验验证和工程应用三个阶段的研究。

基于有限元方法的结构优化设计

基于有限元方法的结构优化设计第一节：引言在工程领域中，结构优化设计是一个重要且非常复杂的问题。

随着科技的进步和计算机技术的发展，有限元方法（Finite Element Method，FEM）作为一种强大的数值仿真工具，在结构优化设计中得到广泛应用。

本文将探讨使用有限元方法进行结构优化设计的原理、方法和应用案例。

第二节：有限元分析基础知识在介绍基于有限元方法的结构优化设计前，首先简要介绍有限元分析的基础知识。

有限元分析是一种将连续体划分为有限个单元，并利用单元间的位移连续性建立代表物理问题的微分方程的数值解法。

它将物理问题转化为离散的代数问题，通过求解这些代数问题得到结构的应力、变形等信息。

第三节：结构优化设计的目标函数在结构优化设计中，需要明确优化目标。

常见的优化目标可以是结构的重量最小化、刚度最大化或者模态频率的优化。

可以通过选择不同的目标函数，优化设计得到的结构在不同领域中有不同的应用。

第四节：约束条件与设计变量选择在结构优化设计中，还需要明确约束条件与设计变量的选择。

约束条件可以是结构的强度、位移限制、模态优化等等。

同时，设计变量的选择也是结构优化设计中的一个关键问题。

不同的设计变量选择会对结构的最优设计结果产生影响。

第五节：结构优化设计方法有限元方法结合优化算法，可以应用于结构优化设计。

常见的结构优化设计方法有逐次近似法、拓扑优化和尺寸优化等等。

这些方法具有不同的特点和适用范围，具体选择哪种方法应根据具体问题进行判断。

第六节：结构优化设计的应用案例在本节中，将介绍几个基于有限元方法的结构优化设计的应用案例，以展示该方法在实际工程中的应用价值。

例如，基于有限元方法的机械结构优化设计、建筑结构优化设计和航天器结构优化设计等等。

第七节：结论基于有限元方法的结构优化设计是一个强大而复杂的工程问题。

本文在介绍了有限元分析的基础知识后，探讨了结构优化设计的目标函数、约束条件与设计变量选择，介绍了不同的结构优化设计方法，并展示了几个应用案例。

基坑支护体系空间结构有限元法研究_吕俊江

文章编号:1004-9762(2000)02-0159-04基坑支护体系空间结构有限元法研究X吕俊江,田志昌,李斌(包头钢铁学院建筑工程系,内蒙古包头014010)关键词:基坑;空间结构;有限元中图分类号:TU46+3文献标识码:A摘要:研究了内支撑体系、支护结构与土三者共同作用的空间有限元计算法,较好地考虑了土与支护结构的共同作用及支护体系本身的空间效应;满足支护结构和支撑结构的位移协调;不必单独计算支撑刚度;对于封闭支护体系,不必确定边界条件1介绍了基坑支护(JKZ H)C AD系统的研究开发过程1Study on the finite element method offoundation pit bracing system in3DLU Jun-jiang,TIAN Zh-i chang,LI Bin(Department of Civil Eng i neering,UIST Baotou,Baotou014010,China)Key words:foundation pit;space s tructure;fini te elementAbstract:The finite element method of co-operation of the internal bracing system,shoring structure and soil in3di mensions was studied1It is thought over that the common effect of soil and shorin g structure and the domino effect of shorin g system.Displacement of shorin g structure and bracing structure are well coordinated.Stiffness of brace needn.t be calculated.To the close shoring systems,it needn.t define conditions of the boundary.The work of a Foundation Pit Bracin g System CAD(JKZH CAD)is introduced.深基坑支护体系是1个复杂的空间问题1实践表明,由于支护体系的整体性及变形的协调性,支护体系本身有明显的空间效应[1]1将支护结构和支撑结构分开进行计算,很难满足变形的协调性,尤其在复杂支撑体系下或基坑形状不太规则时,内支撑周边荷载、边界约束条件及支点刚度系数都是很难确定的[2]1因此,本文提出了深基坑支护体系空间有限元计算法,编制了基坑支护(JKZ H)CAD系统11计算理论将支护结构、支撑结构和被动土土体看作1个整体空间结构,计算其在主动土压力作用下的受力与变形,如图1所示1JKZH可以采用排桩、连续墙或二者混合支护,允许布置多道内撑梁(锚),冠梁可以看作一道内支撑,可处理地下水、超载及土层为多层的复杂问题1图1计算模型Fig.1C alculational modelJXZH采用空间有限元算法1在基坑支护体系中,各种结构划分为何种单元、如何合理的自动划分单元及如何确定边界条件有着各种各样的做法12000年6月第19卷第2期包头钢铁学院学报Journal of Baotou University of Iron and Steel TechnologyJune,2000Vol.19,No.2X收稿日期:2000-02-24作者简介:吕俊江(1973-),男,内蒙古察右中旗人,包头钢铁学院硕士研究生1本文着重介绍JKZH中的做法1对于桩,将其离散为柱单元1桩的单元划分,首先根据桩顶标高、各内支撑的标高、该工况开挖标高、地下水位标高和地面荷载作用范围的标高等,增加虚拟土层,即将原来的1层土划分为2层或2层以上1在开挖面以上,桩按桩顶标高、各支撑标高和开挖面标高划分单元;在开挖面以下,对应每1层土划分1个单元1这样划分的原因在于开挖面以下有土弹簧作用,1个桩单元只能对应1个土弹簧单元;而在开挖面以上,没有土弹簧单元,1个桩单元有可能作用多个荷载,所以对其并不按照土层划分单元1桩单元划分如图2所示1桩被划分为7个单元,实际土层数为5层,增加虚拟土层后为11层1增加虚拟土层,一方面是为了划分单元,另一方面是为了精确计算土压力和土弹簧1对于连续墙,将其划分为三角形壳单元1连续墙单元的划分,纵向首先同桩一样,增加虚拟土层,与桩有所区别的是,如果该连续墙与其它的连续墙相接,在增加虚拟土层时就需要考虑相接墙的墙顶标高、墙底标高及各土层标高,然后按土层划分单元,但高度一般限制在2m;横向按各支撑层作用在墙上节点坐标的x,y值划分单元,即满足各支撑点都为单元的1个顶点,但长度限定在2m,如图3所示1图3中黑色圆点表示支撑落在墙上的节点1纵向、横向划分,划成矩形网格,最后再划分成三角形壳单元1图4为一连续墙整体单元划分图1对于内支撑梁和内撑柱,根据节点划分为梁单元和柱单元;对于锚杆支撑,将每根锚杆划分为1个杆单元;被动土压力根据支护结构是桩或是墙的不同划分为线弹簧单元和面弹簧单元,一层土划分为1个单元1对于腰梁和冠梁,根据支护间距及节点划分为多个梁单元1对于桩或连续墙底部端点,增加罚单元和集中刚度单元,以限制其切向位移和竖向位移1对于同1个构件,各单元之间采用刚接1不同构件单元之间的连接,可以采用刚接或铰接,这可以在交互输入中完成1内撑柱底部自动设为固定支点1锚杆入土端也自动设为固定支点1对于封闭的支护体系,需要根据实际情况另外加约束,如固定铰支点和固定支点,在交互输入中可以完成1主动土压力采用朗肯土压力理论计算[3,4]1土弹簧采用m法计算其刚度1集中刚度单元是只有1个自由度的竖向弹簧,其刚度为支护结构底部土体的竖向抗压刚度[4]1图2桩划分单元示意图Fig.2Sketch map of pile element division图3连续墙横向划分单元示意图Fig.3Sketch m ap of transverse element division图4墙单元划分结果示意图Fig.4Sketch map of element div ision result2JKXH CAD系统的实现JKZH C AD系统由以下4部分组成:(1)地质资料输入该模块主要用来输入基坑的各个勘测孔的平面坐标、竖向土层标高及各个土层的物理力学指标1(2)支护模型建立该模块采用人机交互方式引导用户在屏幕上定义、布置支护结构、支撑结构和荷载,快速地搭起整个支护结构体系,为计算模块提供数据文件,为施工图模块提供结构构件的精确尺寸,主要包括基坑开挖标高、侧壁重要性系数、基坑边线各顶点坐标;桩(墙)、梁、内撑柱的截面类型、材料,锚杆及其联梁的类型;桩(墙)的总数,锚杆及其联梁的总数;各桩(墙)的控制坐标(节点)、顶面标高及长度,水平支撑层数及标160包头钢铁学院学报2000年6月第19卷第2期高,锚杆及其联梁的控制节点;各层支撑中梁、内支撑柱的总数,各根梁、柱的控制节点、类型等1(3)计算及结果显示该模块根据前面输入的地质资料和模型数据,对支护体系自动进行单元划分及编号,进行单元分类及归并,计算各种单元的单元刚度阵,计算各单元承受的主动土压力或其它外力1根据各种单元的刚度阵及支护体系的所有节点的平衡条件,列出结构的整体刚度方程,进行有限元求解[5,6]1计算完毕后,可察看各节点位移,可绘出各种单元单个或全体的内力图1(4)绘制施工图根据计算结果及布置数据完成施工图的绘制13 工程实例验证某中心大楼,主楼27层(含地下室1层),主楼开挖深度916m,基坑长约72m,宽约32m 1场地工程地质情况如表1所示1场地地下水埋深2m [2]1表1 场地工程地质情况Table 1 Inform ation of site engineering geology 土层H /m X /%C /(k -#m -3)e c /kPa U /(b )填土41129101910018516101410亚粘土21931121911017915101216淤泥质粘土3165012171711421010712粘土15124212181011211210915采用排桩支护结构,2种桩型1A 型:直径900mm,桩顶标高为010m,桩长20m,间距112m;B 型:直径800m m,桩顶标高为010m,桩长为20m,间距112m 1排桩桩顶用1m @016m 的圈梁连接,在距桩顶4m 处设一道支撑[2]1桩及内支撑平面布置如图5所示1图5 内支撑平面布置图F ig.5 Plane sketch m ap of internal bracing system利用JKZH 程序对其进行空间有限元计算,求得每根桩的位移分布、截面内力分布、水平支撑点位移、杆件内力等1图5中p1~p4为4个测斜管的位置1图6为p1~p44个测斜管在基坑开挖到深度时的水平位移分布和所对应的4根桩的水平位移计算值分布1位移正值表示桩向基坑内侧偏;负值表示桩向基坑外侧偏1从图6可以看出,除4#桩外,其余桩水平实测值和计算值在水平位移分布形状及数值上都比较接近14#桩计算值与实测值差别较大的原图6 桩实测与计算水平位移曲线Fig.6 Pile horizontal biasing curves of measure and calculation(a)1#桩;(b)2#桩;(c)3#桩;(d)4#桩161吕俊江等:基坑支护体系空间结构有限元法研究因,主要是4#桩位于比较接近坑角的地方,而坑角处的受力十分复杂,程序在计算主动土压力时,并没有考虑基坑坑角处的空间效应,计算值偏大,所以造成了计算值与实测值差别较大1图7为支护体系计算位移示意图1从整个支护体系的位移分布和计算值分析来看,计算结果是比较合理的1图7 支护体系位移示意图Fig.7 Biasing sketch m ap of bracing system4 JKZ H CAD 系统的特点(1)主要适用于排桩、连续墙或二者混合的支护结构1支护结构可以是悬臂,也可以设置一道或多道内支撑1内支撑可以是梁,也可是以锚杆,或二者同时使用1内支撑梁和锚杆支撑同时使用时,二者可以在同一标高1支护结构顶部可以与地面不平齐1每根桩或每堵连续墙的顶面标高可以与其它桩或其它墙的顶面标高不同1排桩之间的间距可以不相同1(2)采用空间有限元进行计算,自动划分单元,不必预先确定内支撑的刚度,在复杂支撑体系或基坑形状不太规则时,内支撑的刚度很难计算1考虑了支护体系的空间效应,可以节约投资1(3)支护桩、内支撑桩、内支撑梁和锚杆联梁可以是混凝土材料,也可以是钢材,并可选择不同的截面形式1(4)当基坑外有建(构)筑物及局部范围内的堆载时,可以计算出它们对支护结构的附加荷载,并以分布荷载的形式叠加到各单元上去,以便分析这些因素对支护结构的影响1锚杆支撑可以施加预加力;梁支撑可以加集中荷载和均布荷载1(5)允许最多有16层土,对各土性参数设有修正系数输入项,便于考虑降水等因素的影响1土压力是按单元进行计算的,便于考虑土的分层特性1(6)按工况进行计算1可模拟分层开挖和架设支撑,得到在不同工况下支护结构、支撑结构的内力与变形情况,便于优化确定各支撑标高,以确保安全和节约投资1(7)内支撑分层进行布置,可以进行复制,所以能十分方便的建立起支护模型,便于察看各层内支撑的布置情况,可以打印出各层构件平面布置图1各种构件的定义、布置、删除都十分方便1可以根据计算结果绘制施工图,也允许对计算结果进行修改后出施工图15 结论(1)基坑支护体系空间有限元计算法,较好地考虑了土与支护结构的共同作用及支护体系本身的空间效应;满足支护结构和支撑结构的位移协调;不必单独计算支撑刚度;对于封闭支护体系,不必确定边界条件1(2)利用此方法编制的JKZ H CAD 系统进行有限元计算,与实例比较,能较好的与实际情况相符1该系统能计算有多层内撑梁或锚杆支撑的复杂支护体系,有很大的推广与实用价值1[参考文献][1] 高印立,徐建新1排桩支护结构计算的土抗力法及其用于空间分析的途径[R]1北京:中国建筑科学研究院地基所,1999160-651[2] 杨敏,熊巨华1建筑基坑支撑结构体系水平刚度系数的计算[J]1岩土工程技术,1999,(1):13-161[3] 黄云飞1深基坑工程实用技术[M]1北京:兵器工业出版社,19961[4] 中华人民共和国建设部1建筑基坑支护技术规程[M]1北京:建筑工业出版社,19971[5] 谢贻权,何福保1弹性和塑性力学中的有限单元法[M]1北京:机械工业出版社,19811[6] 监凯维奇O C 1有限元法[M]1北京:科学出版社,19851162包头钢铁学院学报2000年6月第19卷第2期。

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计随着城市化进程的加快，多数建筑工程涉及基坑开挖的问题。

为了保障基坑支护的质量，减少对建设项目周围环境的影响，应加强基坑支护的设计及其优化工作。

论文主要介绍了建筑工程常用的几种基坑支护，分析了基坑支护结构设计及其优化。

标签：基坑支护;设计;优化一基坑支护技术的主要类型1钢板桩支护钢板桩主要适用与开挖深度不大地下水位较低的情况，且主要用于砂类土、碎石土和半干土。

钢板桩作用机制是一种边缘带有联动装置，且这种联动装置可以自由组合以便形成一种连续紧密的挡土或者擋水墙的钢结构体。

钢板桩常见的有拉尔森式，拉克万纳式等。

其优点为：强度高，容易打入坚硬土层;可在深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。

能按需要组成各种外形的围堰，并可多次重复使用，因此，它的用途广泛。

钢板桩形成截面为Z形、U形或其它形状，可通过锁口互相连接的建筑基础用板材。

施工简便，可以重复使用。

钢板桩的常见适用长度为6m、9m、12m、15m，我们在特定情况可按照实际要求定制，但一般最大长度为24m。

钢板桩可根据工程的具体情况，改变钢板桩的断面形状和长度，使结构设计更加经济合理。

2土钉墙支护土钉墙适用于软弱土层在内的额多种土质，支护深度不易超过6m（加扶壁可加大支护深度），可兼做防渗帷幕，且坑底不应有软土。

不适用于含水丰富的粉细砂层、砂砾、卵石层和淤泥质土等自稳能力差的土层。

对于土钉墙而言，是通过钻孔以及插筋和注浆等进行设置的，其中的作用机制将即刻边坡通过钢筋制作而成的土钉做好加固处理，在边坡位置设置钢筋网，同时喷射混凝土面和土方边坡相互结合，其中构造则是设置成为坡体中的加筋杆件和周围土地加固到一起，形成一个复合体，这样不仅可以对土地的整体刚度进行提高，同时也是有效的弥补了土体抗拉以及抗剪强度低等弱点。

通过相互作用和土地自身的结构强度，可以有效的改变边坡变形以及破坏等问题，对整体的稳定性进行提高，同时也是可以有效的避免突发性的塌滑，采取土钉墙的支护方式不仅有效的延迟了塑性变形的发展，并且有效的避免开裂破坏的出现。