粉砂土質(zhì)地鐵車站深基坑支護(hù)有限元模擬分析課件.ppt

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1、粉砂土質(zhì)地鐵車站深基坑支護(hù)有限元模擬分析1，為什么要研究?2，研究什么？3，怎么研究？目錄一，研究背景和意義二，研究內(nèi)容和目的三，研究方法和過程地鐵建設(shè)21世紀(jì)是地下工程世紀(jì)，城市土地稀缺和交通堵塞，因此地鐵正在大規(guī)模建設(shè)。粉砂土質(zhì)粉砂土質(zhì)特點：容易塌方變形，地下水位高，水的滲透性高。易產(chǎn)生高水位土體滑移、深基坑失穩(wěn)、支擋結(jié)構(gòu)漏水、高水位坑底隆起、流土等工程問題?；又ёo(hù)為確保基坑變形對周圍環(huán)境影響處于安全狀態(tài)和基坑工程處于穩(wěn)定狀態(tài)，粉砂地質(zhì)地鐵車站基坑工程大部分使用以地下連續(xù)墻+支撐式的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系。地鐵站基坑開挖與支護(hù)過程杭州湘湖地鐵站基坑垮塌事故意義社會意義：

2、粉砂地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地鐵深基坑支護(hù)事故頻繁發(fā)生。因此，對該地區(qū)基坑支護(hù)進(jìn)行科學(xué)深入的研究，能減少事故發(fā)生。工程意義：得出該地區(qū)深基坑支護(hù)的合理有限元參數(shù)，為設(shè)計提供有效可靠的計算方法，研究結(jié)果為類似基坑支護(hù)設(shè)計做參考。1，分析工程背景，研究粉砂基坑支護(hù)特點。2，建立ANSYS分析模型,確定有限元土體參數(shù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，得出分析結(jié)果。4，方案實施，監(jiān)測結(jié)果驗證設(shè)計參數(shù)的合理。5，得出結(jié)論并提出設(shè)計和施工中的建議措施。二，論文研究內(nèi)容和目的三，研究方法和過程1，ANSYS有限元法工程概況設(shè)定參數(shù)建立模型施加邊界條件及求解結(jié)果分析2，施工監(jiān)測方案實施監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證AN

3、SYS有限元法有限元ANSYS將土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)分別劃分為有限單元進(jìn)行計算，其優(yōu)點是可以考慮土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用，可以從整體上分析支護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍土體的應(yīng)力和位移，而且還可求得基坑的隆起量、地表的沉降量和土中的塑性區(qū)范圍及發(fā)展過程，還可以與土流變學(xué)相結(jié)合求得各參數(shù)的時間效應(yīng)。最重要的一點，它適用于動態(tài)模擬計算。通過動態(tài)計算模型，按照施工過程對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐次分析，預(yù)測支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工過程中的性狀。例如位移、沉降、土壓力、孔隙水壓力、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等，并在施工過程中采集相應(yīng)的信息，經(jīng)過處理后與預(yù)測結(jié)果比較，從而作出決策，修改原設(shè)計中不符合實際的部分。常規(guī)計算方法擋土墻側(cè)向變形

4、的計算方法主要有土抗力法和桿系有限元法。地表沉降的計算主要有經(jīng)驗法和有限元法。其中經(jīng)驗法主要有Peck曲線法、地層損失法、穩(wěn)定安全系數(shù)法和時空效應(yīng)估算法等ANSYS優(yōu)點ANSYS程序是一個工程強大的大型通用有限元商用分析軟件，軟件中提供了200種以上的單元類型，能夠方便地模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料，并且得出各種數(shù)據(jù)結(jié)果。可見，有限元法是一種精度較高的數(shù)值分析方法，在巖土工程學(xué)科中有著很大的發(fā)展前景。工程概況文匯站位于杭州市江干區(qū)文匯路與學(xué)府街的交叉路口，車站主體結(jié)構(gòu)為地下二層島式站臺，箱形框架結(jié)構(gòu)，基坑面積5897㎡，基坑開挖標(biāo)準(zhǔn)段深16.96m，明挖區(qū)間端頭井處為

5、最深處，開挖深19.52m。車站采用明挖順作法施工，共分為7個施工段。工程概況文匯路站地鐵站平面圖σ（g/cm3）巖土物理力學(xué)綜合參數(shù)（土體參數(shù)設(shè)定）表（1）巖土物理力學(xué)綜參數(shù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)設(shè)定根據(jù)實際設(shè)計方案，按照規(guī)范要求選取適當(dāng)?shù)闹蔚拈g距、剛度和連續(xù)墻厚度，另外增加了兩種對比設(shè)計方案：方案一，設(shè)置四道支撐，支撐間距五米，支撐剛度K,Φ609×16；方案二，設(shè)置五道支撐，支撐間距四米，支撐剛度K,Φ609×16；方案三，設(shè)置五道支撐，支撐間距四米，支撐剛度0.5K。三種設(shè)計方案地連墻厚度均為800mm。本工程混凝土均采用C30現(xiàn)澆混凝土，彈性模量E0=3.15

6、×104N/mm2；采用HRB335鋼筋，彈性模量Es=2.0×105N/mm2。由于基坑長度方向遠(yuǎn)大于寬度方向，所以用平面應(yīng)變方法分析建立了二維有限元模型，并且模型的土體應(yīng)力場的大小在基坑大小5倍以上，可以良好的反映出土體沉降和位移對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。模型中土體、圍護(hù)墻體和支撐系統(tǒng)均采用平面（PLANE42）二維實體結(jié)構(gòu)單元模擬，各部分剛度和參數(shù)均根據(jù)實際工程方案選取。建立模型對周圍土體和結(jié)構(gòu)施加相應(yīng)的約束和邊界條件，并且施加重力荷載，模擬土體初始應(yīng)力場，并且利用生死單元技術(shù)分步開挖土體。求解結(jié)果均收斂。施加邊界條件及求解方案一開挖完成土體及結(jié)構(gòu)應(yīng)變云圖、位移云圖應(yīng)

7、變云圖位移云圖應(yīng)變云圖位移云圖方案二開挖完成土體及結(jié)構(gòu)應(yīng)變云圖、位移云圖應(yīng)變云圖位移云圖方案二開挖完成土體及結(jié)構(gòu)應(yīng)變云圖、位移云圖應(yīng)變云圖位移云圖方案三開挖完成土體及結(jié)構(gòu)應(yīng)變云圖、位移云圖表（2）土體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)各項模擬數(shù)值對比方案二為最優(yōu)選擇。當(dāng)圍護(hù)墻體上部向坑內(nèi)傾斜，支撐體系強度或穩(wěn)定性不夠，支撐體系失穩(wěn)破壞。當(dāng)圍護(hù)墻剛度不足，難以抵擋水土壓力形成的彎矩時，墻體可能被折斷，也會造成支護(hù)結(jié)構(gòu)垮塌。分析變形趨勢及破壞形式方案的實施與監(jiān)測整個車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用800mm厚地下連續(xù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段深度42米，墻體混凝土采用C30，墻頂冠梁為800mmX1200mm，以減