[發明專利]軟土深基坑變形數值模擬分析方法

有效

• 申請號: 201510033301.9
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104598296B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 陳建永;王繼榮;王玲娟;王春雷;楊文杰;于平;姚國蘭;張麗;王媛;肖建勛;劉雪珠
• 申請（專利權）人: 陳建永
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 宿遷市永泰睿博知識產權代理事務所(普通合伙)32264
• 代理人: 陳臣

技術領域

本發明涉及一種數值模擬分析方法，尤其是一種考慮臨近建筑物影響的軟土深基坑變形數值模擬分析方法，屬于臨近建筑物對軟土深基坑變形影響數值模擬的分析領域。

背景技術

隨著我國經濟的持續不斷發展，城市化進程不斷加速，深基坑工程與日俱增，深基坑工程的施工勢必會引起周圍地層產生較大的位移及變形，伴隨著極強的環境效應，導致周邊建筑物產生不均勻沉降甚至開裂，在軟土中這種表現尤為突出。因此，深基坑工程設計及施工難度越來越大，風險越來越高，對變形控制的要求越來越嚴格。目前深基坑工程的設計與施工主要存在的問題有：

1)基于變形控制的軟土深基坑工程設計方法缺乏可靠的理論指導，難以做到科學化設計，深基坑工程設計在某些條件下過于保守，造成極大的浪費，而在另外一些情況下又存在較大的安全隱患，給深基坑工程的施工和安全使用帶來較大的風險；

2)對軟土中深基坑工程開挖引起的基坑圍護結構及地層變形規律及機理等認識不夠明確，難以做到精細化設計與施工。變形控制指標單一，標準絕對，難以滿足深基坑周邊復雜敏感的環境要求；

3)軟土深基坑設計與施工存在割裂現象，在深基坑設計時不能很好使用不同的施工參數對深基坑開挖過程進行模擬，以得到優化的施工參數。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種軟土深基坑變形數值模擬分析方法。

本發明技術解決方案：

軟土深基坑變形數值模擬分析方法，包括以下步驟：

1)在工程勘察階段，通過三軸壓縮蠕變試驗獲取軟土體的蠕變實驗參數，土體蠕變模型選用擴展的D-P蠕變模型，粘聚蠕變定律采用時間硬化冪函數定義，其中需定義的蠕變參數通過STATISTIC軟件進行數據擬合；

2)根據具體深基坑工程設計與施工方案，選取合適的開挖土體塊尺寸、深基坑工程基坑圍護結構、支撐材料及其參數，并選取合適的無限元區域。建立深基坑開挖工程的有限元模型；

3)根據步驟2)所建立的有限元模型，采用場變量控制法和生死單元法對深基坑開挖過程進行模擬，對深基坑工程開挖前后的地下連續墻水平位移、支撐軸力、周邊地層沉降的變化情況進行比較分析，得到不同施工參數下的變化規律，為工程變形控制提供數值參考依據；

4)通過改變土體開挖方式、施工間隙和開挖時間等幾個工程因素的參數，采用步驟2)和步驟3)的方法建立多組不同工況下的有限元模型，對各工況下地下連續墻水平位移、支撐軸力、周邊地層沉降的變化情況進行比較分析，得到各工程因素對深基坑工程變形影響的作用規律；

5)根據具體深基坑工程施工方案，建立深基坑工程開挖的有限元模型，驗證工程設計與施工方案的可行性。

作為一種實施方案，步驟1)所采用的通過三軸壓縮蠕變試驗獲取軟土體的蠕變實驗參數方法，具體如下：

a)在工程勘察階段采用現場取樣的方式獲取土層中的軟土，在實驗室內進行三軸壓縮蠕變實驗；

b)軟土體的蠕變模型選用擴展的雙曲線D-P蠕變模型，蠕變法則采用時間硬化冪函數定義，蠕變法則用下式定義：，式中為蠕變應變率，為蠕變應力，為時間。 A、n、m為需通過實驗確定的三個參數；

c) 上式可以定義為，式中為蠕變應變，為常數。經由三軸實驗數據采用STATISTIC軟件擬合可得到最優化曲線，從而可得A、n、m數值。

所述采用在模型的四周建立三維無限元模擬半無限域的影響，具體如下：

a)在模型四周劃分三維有限單元，長度和寬度方向無限單元的長度分別等于1.5倍的待開挖土體的長度和寬度，并使用掃略方式劃分網格；

b)令單元類型為C3D20P，將模型文件保存，用記事本打開已保存的模型文件，找到模型四周的三維有限單元集，將單元類型改為無限單元類型INC3D8P；

c)在模型的四角設置三維交叉無限單元，此項工作需要手動修改，需令無限單元的8個節點排列滿足右手螺旋法則即可。

所述采用場變量控制法及單元生死法模擬深基坑工程施工的方法，具體如下：

a) 在模型的四周建立三維無限元模擬半無限域的影響，同時將臨近建筑物轉化為等效荷載施加到地面上，再施加重力，得到土體在自重作用下的受力及變形，同時導出初始地應力文件；

b)建立臨近建筑物和基坑開挖共同作用的三維有限-無限單元模型，并讀入初始地應力文件，從而獲得地應力的平衡；