yantubbs-基坑开挖三维数值模拟

24
0.35
0.38
⑦2
18.7
3
35.5
39
0.25
0.35
⑧1
17.8
20
24
16
0.35
0.4
⑨
19.5
3
36
45
0.25
0.35
2. 模型边界 基坑开挖深度为 16m，平面尺寸由 CAD 平面图直接导入，模型边界取各边外的 50m 左
右，深度取 80m，如图 1 所示。地下连续强、横撑、桩、柱、板等布置图如图 2～图 8 所示。
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基坑开挖三维数值模拟
竖向位移(m)
竖向位移(m)
0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 施工步骤
方案一
0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02
图 1 整体模型
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图 2 地下连续墙
图 3 横撑布置图
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图 4 小坑横撑布置图 图 5 大坑横撑布置图
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图 6 横撑及桩布置图
图 7 横撑与桩布置图
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表 1 土层参数表
γ
C
Φ
E
层号
KN/m3
KPa
v
度
kN/ m2
K0
①
19.0
10
15.0
15
0.35
0.5
②3-1
18.2
6
32.5
26
0.35
0.41
②3-2
18.2
6
31
30
0.35
0.39
wk.baidu.com
⑤1
17.4
21
15
10
0.35
0.5
⑤2
17.9
16
17.5
15
0.35
0.45
⑤4
19.5
48
16.5
基坑开挖三维数值模拟
图 8 楼板和柱布置图
3. 模拟工况 以方案（一）——分部开挖、设桩、坑底不加固为例对施工阶段做如下定义：
（1）初始应力：把原状土激活，计算初始地应力，位移清零； （2）CS1: 钝化三角和车站地方的土体，同时激活地下连续墙、桩、三角和车站的所有楼板， 位移清零； （3）CS2: 大坑第一步开挖，同时上第一道大坑横撑； （4）CS3: 大坑第二步开挖，同时上第二道大坑横撑； （5）CS4: 大坑第三步开挖，同时上第三道大坑横撑； （6）CS5: 大坑第四步开挖，同时上第四道大坑横撑； （7）CS6: 大坑第五步开挖，同时上大坑-底板； （8）CS7: 施做大坑所有楼板和柱； （9）CS8: 小坑第一步开挖，同时上第一道小坑横撑； （10）CS9: 小坑第二步开挖，同时上第二道小坑横撑； （11）CS10: 小坑第三步开挖，同时上第三道小坑横撑； （12）CS11: 小坑第四步开挖，同时上第四道小坑横撑； （13）CS12: 小坑第五步开挖，同时上第五道小坑横撑； （14）CS13: 小坑第六步开挖，同时上小坑-底板； （15）CS14: 施做小坑所有楼板和柱；
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 施工步骤
方案二
0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 施工阶段
方案三
竖向位移(m)
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方案二 最大值：475.29mm
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方案三 最大值：474.28mm
方案四 最大值：84.29mm
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（5）小坑开挖到坑底时土体竖向位移
基坑开挖三维数值模拟
方案一 最大值：94.98mm
方案二 最大值：529.18mm
然后考虑多种方案比较： 方案一：分部开挖、设桩、坑底不加固 方案二：分部开挖、不设桩、坑底不加固 方案三：分部开挖、不设桩、坑底加固 方案四：分部开挖、设桩、坑底加固 方案五：整体开挖、设桩、坑底不加固 方案六：分部开挖、设桩、坑底不加固、后期加荷
4. 计算结果 （1）地铁车站底板竖向位移变化图（蓝色点靠近三角坑、粉色点靠近小基坑）
方案一
方案二
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方案三
方案四 （3）小坑挖到坑底时地铁车站底板竖向位移（单位：m）
方案一
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方案二
方案三
方案四
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（4）大坑开挖到坑底时土体竖向位移
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方案一 最大值：84.44mm
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竖向位移(m)
0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 施工阶段
方案四
（2）大坑开挖到坑底时地铁车站底板竖向位移(左侧靠近三角坑，右侧靠近小坑) 单位：m
0.01 0.005
0
1
2
3
4
5
6
7
8
施工阶段
地铁车站底板竖向位移变化图（蓝色点靠近三角坑、粉色点靠近小基坑）
大小坑挖到坑底时地铁车站底板竖向位移
大小坑挖到坑底时土体竖向位移（最大值：97.50mm）
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（7）方案六：高层加载时
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地铁车站底板竖向位移
大小基坑顶板竖向位移（最大隆起 36.13mm，最大沉降 95.15mm）
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基坑开挖三维数值模拟
1. 模型说明 本次模拟土体本构模型采用 Druker-Prager 模型，土体参数如表 1 所示。对地下连续墙、
楼板采用板单元模拟，对横撑采用梁单元模拟，对桩和柱采用植入式桁架单元模拟，墙和板 的厚度，横撑、桩、柱、的截面形状和尺寸严格按照设计取值。
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方案三 最大值：527.73mm
方案四 最大值：93.14mm
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（6）方案五：整体开挖、设桩、坑底不加固
竖向位移(m)
0.05
0.045 0.04
0.035 0.03
0.025
0.02 0.015