深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的三維有限元分析與模擬

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1、第35卷第4期上海交通大學(xué)學(xué)報Vo.l35No.42001年4月JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYApr.2001文章編號:1006-2467(2001)04-0610-04深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的三維有限元分析與模擬趙海燕,黃金枝(上海交通大學(xué)建筑工程與力學(xué)學(xué)院,上海200030)摘要:在工程實踐中,對于深基坑開控過程的模擬計算多采用平面應(yīng)變分析方法,但由于深基坑開挖實際上是三維過程,平面分析忽略了開挖墻角處的三維效應(yīng),因此,計算結(jié)果偏于保守.為此,研究了不同有限元網(wǎng)格劃分下基坑變形的情

2、況,提出一種非線性的、三維有限元分析手段,用于深基坑開挖過程中預(yù)測圍護(hù)墻變形和地表沉降值.為了更接近實際,采用了一種新的接觸面單元,Desai單元,模擬土與結(jié)構(gòu)的相互作用.三維分析結(jié)果表明,基坑內(nèi)網(wǎng)格密度對于計算結(jié)果的精度有較大影響.關(guān)鍵詞:深基坑;三維有限元;接觸面單元中圖分類號:TB121文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A3-DFiniteElementAnalysisandSmiulationofDeepExcavationsZHAOHai-yan,HUANGJin-zhi(SchoolofCivilEng.andMechanics,

3、ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)Abstract:Planestrainanalysismightgiveconservativeresults,becausethethree-dimensionaleffectsofexcavationcornersarenotconsidered.Infact,thedeepexcavationisathree-dimensionalprocedure.Thispaperstudiedthedifferentelementgrin

4、dpartitionseffectonthewalldeformationofthedeepexcavation.Anonlinear,three-dimensionalfiniteelementtechniquefordeepexcavationanalysiswasproposed,whichisusedforpredictionofgroundsurfacesettlementinthecentersectionofanexcavation.Theobjectiveofthispaperistoestablisha

5、three-dimensionalfiniteelementanalysisprocedure.Moreover,anewkindofCAMEO凱模CAE案例庫contactelementcalled“desai”elementwasusedinthispaper.www.cameo.org.cnKeywords:deepexcavation;three-dimensional;finiteelementanalysis;contactelement對于深基坑開控過程中預(yù)測圍護(hù)墻變形和地表四面體單元和六面體單元是兩種常用

6、類型的三沉降值的模擬計算,Clough、Hansen和Denby等人維有限元,后者由前者組成,然而對于形狀規(guī)則的邊已用平面應(yīng)變分析方法進(jìn)行了計算.然而,因為未考界,六面體單元要比四面體或合并后的六面體都要慮開挖過程的三維效應(yīng),平面應(yīng)變分析計算結(jié)果往好.位移變形函數(shù)的次數(shù)決定了六面體是一種高次往偏于保守.本文針對這一問題進(jìn)行深基坑支護(hù)結(jié)數(shù)的單元,在模擬深基坑開挖中可以減少單元的數(shù)構(gòu)的三維有限元分析與模擬.量,但劃分網(wǎng)格時必須考慮開挖深度、降水方案、土層等,從而增加了網(wǎng)格密度.因此,采用六面體單元1三維有限元模擬模擬開挖過程

7、.支撐體系一般承受的是軸力,故采用1.1有限元類型的選擇桿單元.[1]1.2土的本構(gòu)模型收稿日期:2000-01-10目前,在土工計算中廣泛采用的模型有兩大類,基金項目:上海建設(shè)基金資助項目一類是彈塑性模型,另一類是彈性非線性模型,兩者第4期趙海燕,等:深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的三維有限元分析與模擬611都反映了土的非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系特性.彈性非線{Δε}={Δε1}+{Δε2}(3)性模型比較簡單,易于考慮土的初始應(yīng)力狀態(tài),計算基本變形所采用的本構(gòu)關(guān)系與土體其他單元相參數(shù)容易確定,有現(xiàn)場的試驗規(guī)程可供使用,因此在同,其應(yīng)力

8、關(guān)系不再重復(fù).破壞變形對接觸面上的一實際應(yīng)用中較為普遍.本文采用鄧肯-張?zhí)岢龅膹椥渣c來說,都是剛塑性的,即破壞前接觸面上無相對位非線性模型.移,一旦破壞,張裂或錯動,相對位移不斷發(fā)展.根據(jù)這一模型理論,土的彈性模量E和泊松比000ΔXtΔet_是隨著應(yīng)力狀態(tài)而變化的,不同應(yīng)力階段有不同10n0nΔXn=EΔen=[C