春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析一、前言本工程基坑规模较大，属深大基坑，基坑周边与市政道路、建筑物相临，其中包括基坑北侧距在建的南京地铁 S3 号线春江新城车站，仅为 5 米，对变形控制要求极高，基坑开挖如造成上述构筑物的变形超出控制指标，将造成较大社会负面影响。因此，为了较准确的了解本工程基坑土方开挖对相邻建筑及地铁结构（南京地铁 S3 号线春江新城站）产生的附加变形，运用三维数值分析软件 ANSYS，对基坑开挖过程进行数值模拟分析，验证基坑工程设计的合理性。1、计算模型 计算假定：本次分析过程中，为计算方便作如下基本假定： 各层土体为各向同性体，土体假定为弹塑性体； 支撑结构为有一定弹性刚度的杆件； 土体与挡土结构之间保持紧密接触，满足位移协调条件； 由于本工程采用全封闭式支护结构，因此不考虑基坑降水因素，仅考虑基坑开挖卸荷对临近建构筑物的影响。 计算理论：弹塑性理论。 单元选取： 土体采用空间八结点 SOLID185 单元，它是一种实体单元，有八个节点，每个节点有 3 个沿着 xyz 方向平移的自由度，在定义了材料非线性之后，该单元也可以计算非线性问题； 竖向挡土构件及车站均采用 shell（壳）单元； 模型计算范围：模型竖向方向计算深度取基坑开挖深度的 3 倍；水平方向基坑外取基坑开挖深度的 4.5 倍； 边界条件：上表面为自由面，四周边界面约束法向位移，底部约束竖向位移； 土体模型：土体模型满足 Drucker-Prager 屈服准则。该准则适用于岩石、混凝土和土壤材料，由于这些材料属于颗粒状材料，受压屈服强度远大于受拉屈服强度，且材料受剪时颗粒会膨胀，常用的 Mises 屈服准则不适合这类材料。ANSYS 中的 DruckerPrager 屈服准则能够准确的描述这类材料，使用DruckerPrager 准则的材料简称为 D-P 材料。图 1 D-P 材料屈服曲面计算中的土体参数根据岩土勘察报告提供的参数选用，变形模量则根据地质报告提供数值按土体的应力状态进行调整。2、土体计算参数选取场地典型土体分层及相应参数见表 1。- 1 -春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析表 1模型中土体分层及相应参数一览表土层土层名称W（%）（kN/m）C泊松比压缩模量编号（kPa）（MPa）杂填土22.620.1（40）（15.0）0.3511.85粉质黏土24.720.04316.90.337.87粉质黏土21.220.67215.10.3310.67粉质黏土夹卵/22.5（80）（30.0）0.32/砾石全风化凝灰岩/23.3（80）（30.0）0.32/强风化凝灰岩/26.0（80）（30.0）0.32/中风化凝灰岩/23.5（80）（30.0）0.3/全风化安山岩/24.8（80）（30.0）0.3/强风化安山岩/25.3（80）（30.0）0.3/1中风化安山岩/25.2（80）（30.0）0.3/3、计算内容根据上文对周围环境的简述，本报告针对重点保护对象，进行施工过程的有限元模拟，分析基坑开挖时竖向挡土构件的水平位移；周围建筑物水平位移与沉降。毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 www.bysj580.com QQ3449649974图 2 模型中考虑的基坑周边环境和平面示意图二、基坑开挖有限元分析1.模型参数基坑工程围护结构竖向体系布置平面图见图 2、西侧支护结构剖面图如 3、北侧地铁与基坑相对位置关系见图 4。- 2 -春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析图 3西侧支护结构剖面图图 4 北侧地铁与基坑相对位置关系2.计算模型基于基坑开挖对周边环境的影响，同时考虑到模型计算的准确性，在平面范围内，基坑边界取值为基坑开挖深度的 4.5 倍，竖向边界则为 3 倍。整体模型尺寸为长宽高261m204m31m，模型计算时，南侧出土口按 30Kpa 超载考虑，其余侧按设计计算取值 20Kpa 超载考虑，整体分析模型如图 5 所示，基坑支护结构模型如图 6所示，基坑开挖过程模型如图 7 所示。- 3 -春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析图 5 整体分析模型图 7 开挖过程模拟3.计算结果及分析基于围护体系采用的是悬臂体系，以开挖到底最不利工况为变形控制条件，模拟分析春江学校人防工程基坑土方开挖时，竖向挡土构件的控制变形情形。竖向挡土构件围护桩体变形云图如图 8 和图 9。图 6 围护体系模型- 4 -春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析移最大值位置位于基坑西侧和东侧中段顶部处，最大值为 12.4mm。y 方向位移最大值位于基坑南侧和北侧中段顶部区域及北侧阳角处，最大值约为 4.0mm。（2）周围建筑沉降分析A“教学楼”基坑开挖至坑底时场地东侧“教学楼”的水平位移如图 10 所示，沉降如图 11 所示。由图 10 计算结果可见，“教学楼”水平位移最大值为 2.4mm，教学楼由于基坑开挖而产生的倾斜度较小可以忽略。由图 11 可见，“教学楼”的最大沉降发生在离基坑较近的一侧，最大值为 1.68mm。而离基坑较远一侧的沉降为 0.86mm。最大沉降差为 0.82mm，相对于“教学楼”的平面长度约为 18m，则相对沉降为 0.045。综上可图 8 基坑开挖至基坑底标高时围护桩体 x 方向变形知基坑开挖对教学楼的影响比较小。图 9 基坑开挖至基坑底标高时围护桩体 y 方向变形基坑开挖至基坑底标高时，由竖向档土构件的变形云图可知，围护桩体 x 方向位图 10 开挖到坑底时东侧“教学楼”的水平位移（m）- 5 -春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析图 11 开挖到坑底时东侧“教学楼”的竖向位移（m）图 12 开挖到坑底时东侧“居民楼”的水平位移（m）B“居民楼”基坑开挖至坑底时场地南侧“居民楼”的水平位移如图 12 所示，沉降如图 13 所示。由图 12 计算结果可见，“居民楼”水平位移最大值为 2.0mm，教学楼由于基坑开挖而产生的倾斜度较小可以忽略。由图 13 得知，“教学楼”的最大沉降发生在离基坑较近的一侧，最大值仅为 1.56mm。而离基坑较远一侧的沉降为 0.31mm。最大沉降差为 1.25mm，则相对沉降为 0.025。由于居民楼位于两倍的开挖深度以外，结合场地地层条件较好状况，综上分析基坑开挖对居民楼区的影响比较小。图 13 开挖到坑底时东侧“居民楼”的竖向位移（m）- 6 -春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析C“春江新城站”基坑开挖至坑底时，“春江新城站”与基坑整体水平向位移如图 14 所示，场地北侧“春江新城站”的水平位移如图 15 所示，沉降如图 16 所示。由图 15 计算结果可见，“春江新城站”水平位移最大值为 3.9mm，位于车站中部，由图 16 得知，“春江新城站”的最大沉降发生在临坑面一侧，最大值为 1.80mm。地铁沉降均处于规范允许的范围内。结合基坑与春江新城站相对位置关系分析，基坑开挖面位于地铁结构中上部，有利于基坑开挖的变形控制，采用共用地铁基坑围护桩的设计方案，一方面，降低了基坑竖向挡土构件的施工对地铁结构地基土的扰动；另一方面，10001400 的较大直径的围护桩体，能较好的控制基坑围护体系的变形。针对本基坑的特点及工程地质条件，基坑北侧采用共用地铁基坑围护桩的方案，能够有效的控制基坑本体及地铁的变形。图 15开挖到坑底时“春江新城站”水平向位移（m）图 14开挖到坑底时“春江新城站”与基坑整体水平向位移（m）图 16开挖到坑底时“春江新城站”竖向位移（m）- 7 -春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析4.结论通过建立基坑周边重要保护对象及基坑本体的三维有限元模型，分析基坑开挖对相邻构筑物的变形影响，分析结论如下：春江学校人防工程围护桩体在基坑开挖阶段将发生一定位移，其最大位移发生在基坑开挖至基坑底工况，此为最不利工况条件，最大水平位移值为 12.4mm，主要位于基坑北侧阳角及东、西侧长边中段顶部。基坑开挖阶段对周边有一定影响，但总体影响很小，由此可见，在基坑工程施工阶段，临近建筑物的最大水平位移为 2.4mm，建筑物最大倾斜为 0.2