地铁基坑开挖变形影响范文

1三维有限元模型的建立

1.1有限元计算模型采用ANSYS有限元软件对地铁基坑及相邻建筑基坑建立三维数值模型，取10m标准段作为计算宽度，基坑周围土体及桩采用Solid45实体单元进行模拟，桩土接触部位采用接触单元进行模拟，钢支撑采用杆单元进行模拟。模型有限元网格见图2。

1.2计算参数和边界条件有限元模型假定水平方向指向建筑基坑为正，垂直方向向上为正，计算范围水平方向取地铁基坑远端围护壁外侧60m(约4倍基坑开挖深度)、建筑基坑近端围护壁外侧60m(约4倍基坑深度)，由于建筑基坑宽度较大，计算不考虑建筑基坑远端的影响;垂直方向取开挖面下45m(约3倍基坑深度)。模型侧面均设法向约束，底部施加全约束。计算模型中灌注桩视为弹性材料，弹性模量25GPa，泊松比0.17，容重25kN/m3，根据地质报告及有关试验数据，计算中土体物理力学参数见表1。

1.3工况模拟为了分析不同间距情况下建筑基坑对地铁基坑开挖变形的影响，选取两基坑间距分别为10m、20m、30m、40m、50m共5种工况，结合地铁基坑开挖的施工工序，对计算工况和步骤的定义见表2.不同的α、k在π平面上代表不同的圆(见图3)。各准则的参数换算关系见表3。

1.4屈服准则有限元计算中岩土材料本构模型采用理想弹塑性模型，计算结果与屈服准则的选取密切相关。岩土工程中传统的极限平衡法采用摩尔－库仑准则，但是由于摩尔－库仑准则的屈服面为不规则的六角形截面的角锥体表面，存在尖顶和菱角，给数值计算带来困难。ANSYS软件采用的广义米赛斯准则在π平面上为圆形，圆形在程序的编制上更容易实现，而且不存在尖顶处的数值计算问题，计算效率很高，目前被广泛使用:ANSYS软件采用的是摩尔－库仑不等角六边形外接圆屈服准则(DP1)，研究表明，采用该准则与传统摩尔－库仑屈服准则的计算结果有较大误差。本文采用了徐干成、郑颖人(1990)提出的摩尔－库仑等面积圆屈服准则(DP3)代替传统摩尔－库仑准则，该准则在岩土工程有限元计算中具有较高的计算精度。

2计算结果分析

2.1地铁基坑变形分析根据有限元计算结果，随着基坑的开挖，地铁基坑两端围护壁均向内侧变形，变形值随开挖深度的增加而增大，本文选取开挖完成后的情况进行分析。开挖完成后实际工况20m间距基坑远端围护壁变形6.65mm，近端围护壁变形8.45mm，基坑底部隆起量为26.15mm，地铁基坑变形见图4、5。

2.2基坑间距的变形影响分析

2.2.1侧向变形除实际工况20m基坑间距外，计算选取开挖完成后基坑间距为10m、30m、40m、50m进行对比分析，地铁基坑侧向变形随基坑间距的变化关系见图6、7。从图中可以分析得出:(1)随着基坑间距的增加，地铁基坑近端、远端围护壁侧向变形均逐渐减小，近端围护壁最大侧向变形从12.75mm减小到6.42mm，变化幅度为49.7%，远端围护壁最大侧向变形从6.85mm减小到5.89mm，变化幅度为14.0%，基坑间距的变化对地铁基坑近端围护壁侧向变形影响较大，间距为50m时，基坑近端、远端围护壁的侧向变形趋于相等;(2)基坑间距在10～30m范围内变化时，地铁基坑近端围护壁侧向变形与基坑间距大致成线性关系，基坑间距在30～50m范围内变化时，地铁基坑近端围护壁侧向变形随其变化幅度逐渐减小(见图8)。

2.2.2坑底隆起量基坑坑底隆起量与基坑间距之间的关系见图9。从图中可以分析得出(1)随着基坑间距的增加，地铁基坑坑底隆起量逐渐增大，从25.49mm增大到26.5mm，变化幅度为4.0%，基坑间距的变化对地铁基坑坑底隆起量影响比对基坑侧向变形的影响要小一些;(2)基坑间距在10～30m范围内变化时，地铁基坑坑底隆起量与基坑间距大致成线性关系，基坑间距在30～50m范围内变化时，地铁基坑坑底隆起量随其变化幅度逐渐减小。

3结论

(1)随着基坑间距的增加，地铁基坑近端、远端围护壁侧向变形均逐渐减小，基坑间距较小时，地铁基坑近端围护壁侧向变形大于远端侧向变形，基坑间距的变化对近端围护壁的侧向变形影响较大，至间距为50m时，地铁基坑近端、远端围护壁侧向变形趋于相等;(2)随着基坑间距的减小，地铁基坑坑底隆起量逐渐减小，相邻基坑开挖卸载，可以减小地铁基坑坑底的隆起量，但基坑间距对坑底隆起量的影响比对基坑围护壁侧向变形的影响要小一些;(3)基坑间距在10～30m范围内变化时，地铁基坑近端围护壁侧向变形和坑底隆起量与基坑间距均大致成线性关系，基坑间距在30～50m范围内变化时，变化幅度明显减小。可以认为已成建筑基坑对地铁基坑开挖变形的影响范围为30m左右，由于地铁基坑的开挖深度为15.4m，因此，影响范围约为2倍的基坑开挖深度。

作者：吕文龙陈东升胡晓文喻畅单位：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院有限公司