[發(fā)明專利]一種基于有限元模型分析的基坑開挖變形研究方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310084464.4
• 申請(qǐng)日: 2023-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN116305412A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳剛;肖漢;包晗;全有維;毛成歡;邢澄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中建八局第三建設(shè)有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 南京先科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32285
• 代理人: 孫甫臣

本發(fā)明公開了一種基于有限元模型分析的基坑開挖變形研究方法，涉及基坑施工領(lǐng)域，包括以下步驟：S1、選擇土體本構(gòu)模型；S2、選取土層參數(shù)，將各項(xiàng)土體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)帶入到S1中的土體本構(gòu)模型；S3、支護(hù)樁等效計(jì)算，將基坑四周支護(hù)樁等效簡化為板單元；S4、建立三維有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分；S5、對(duì)三維有限元模型分析、匯總并得出結(jié)論。本發(fā)明通過對(duì)基坑開挖過程關(guān)鍵步驟的模擬分析，研究基坑分區(qū)域開挖、分層開挖和分時(shí)開挖對(duì)基坑變形和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況的影響，驗(yàn)證基坑開挖工程的合理性，可以有效指導(dǎo)施工現(xiàn)場和控制基坑變形，對(duì)具有類似較大區(qū)域深基坑開挖的工程，具有很好的推廣性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基坑施工領(lǐng)域，尤其涉及一種基于有限元模型分析的基坑開挖變形研究方法。

背景技術(shù)

近二十年來，隨著我國建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，大型綜合體在城市中層出不窮，基坑的規(guī)模越來越大，開挖深度越來越深，且基坑施工是跨學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)工程，在勘測、設(shè)計(jì)、開挖、監(jiān)測和使用的全過程都面臨著各種風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)過往經(jīng)驗(yàn)，深基坑工程在開挖過程中危險(xiǎn)性相對(duì)更大，特別是在漫灘軟土地區(qū)，基坑開挖地質(zhì)環(huán)境惡劣，受道路及車輛荷載、周邊建筑荷載、施工荷載、地下水及各類管線影響較大，基坑失穩(wěn)的因素較多，一旦破壞則帶來的損失巨大，因此對(duì)基坑的安全等級(jí)要求更高。

基坑工程與周圍環(huán)境是一個(gè)相互作用的系統(tǒng)，連續(xù)介質(zhì)有限元方法是模擬基坑開挖問題的有效方法。現(xiàn)在常見的基坑變形分析的有限元軟件，如PLAXIS，能夠?qū)拥淖冃芜M(jìn)行預(yù)測與驗(yàn)證，但這類軟件想要得到合理的結(jié)果，需要使用高效準(zhǔn)確的土體模型，并通過對(duì)比模擬結(jié)果與實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化。

小應(yīng)變模型是一種高級(jí)本構(gòu)模型，能表征土體的更復(fù)雜的性質(zhì)。由于土體既不是線彈性，也不是彈性-理想塑性，其具有更復(fù)雜的性質(zhì)。土體在應(yīng)變很小時(shí)具有很大的剛度，但隨著應(yīng)變的增大剛度會(huì)非線性地減小。為了描述土體的這種性質(zhì)，Benz提出了HS-Small（Hss）模型。Hss模型（小應(yīng)變硬化模型），即為等向硬化彈塑性模型，可以同時(shí)考慮剪切硬化和壓縮硬化，適合于多種土類的破壞和變形行為的描述，且可以模擬初次加載和卸載-再加載之間的剛度差別。

本發(fā)明旨在提供一種基于有限元模型分析的基坑開挖變形研究方法，以應(yīng)對(duì)基坑開挖施工和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于有限元模型分析的基坑開挖變形研究方法，以達(dá)到設(shè)計(jì)合理、有效指導(dǎo)現(xiàn)場施工、結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性好的目的。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種基于有限元模型分析的基坑開挖變形研究方法，包括以下步驟：

S1、選擇土體本構(gòu)模型；根據(jù)土體剪切硬化、壓縮硬化以及卸載塑性變形和基坑坑槽底部土體承受荷載情況進(jìn)行分析，對(duì)比多種有限元模型，選擇一種適合于基坑變形分析的土體本構(gòu)模型；

S2、選取土層參數(shù)，將各項(xiàng)土體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)帶入到S1中的土體本構(gòu)模型；

S3、支護(hù)樁等效計(jì)算，將基坑四周支護(hù)樁采用等效剛度法，通過具體計(jì)算公式等效簡化為板單元；

S4、通過將S1-S3中的模型參數(shù)代入，在有限元軟件中創(chuàng)建三維有限元模型，并將計(jì)算模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

S5、對(duì)所述三維有限元模型分析，根據(jù)模型處理出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總、分析，并得出結(jié)論。

優(yōu)選地，所述的基坑開挖變形研究方法還包括有:

S6、三維有限元模擬結(jié)果驗(yàn)證，將S5中的模擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)相比較進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

優(yōu)選地，所述的基坑開挖變形研究方法還包括有：

S7、完善三維有限元模型，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)有限元模型的分析理論和計(jì)算方法進(jìn)行完善。

優(yōu)選地，所述S5對(duì)三維有限元模型分析具體步驟包括：