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1、粉砂土质地铁车站深基坑支护有限元模拟分析,1，为什么要研究? 2，研究什么？ 3，怎么研究？,目 录,一，研究背景和意义 二，研究内容和目的 三，研究方法和过程,地铁建设,21世纪是地下工程世纪， 城市土地稀缺和交通堵塞， 因此地铁正在大规模建设。,粉砂土质,粉砂土质特点：容易塌方变形，地下水位高，水的渗透性高。易产生高水位土体滑移、深基坑失稳、支挡结构漏水、高水位坑底隆起、流土等工程问题。,基坑支护,为确保基坑变形对周围环境影响处于安全状态和基坑工程处于稳定状态，粉砂地质地铁车站基坑工程大部分使用以地下连续墙+支撑式的围护结构体系。,地铁站基坑开挖与支护过程,杭州湘湖地铁站基坑垮塌事故,意
2、义,社会意义： 粉砂地区地质条件复杂，地铁深基坑支护事故频繁发生。因此，对该地区基坑支护进行科学深入的研究，能减少事故发生。 工程意义： 得出该地区深基坑支护的合理有限元参数，为设计提供有效可靠的计算方法，研究结果为类似基坑支护设计做参考。,1，分析工程背景，研究粉砂基坑支护特点。 2，建立ANSYS分析模型,确定有限元土体参 数和支护结构设计参数，得出分析结果。 4，方案实施，监测结果验证设计参数的合理。 5，得出结论并提出设计和施工中的建议措施。,二，论文研究内容和目的,三，研究方法和过程,1，ANSYS有限元法 工程概况 设定参数 建立模型 施加边界条件及求解 结果分析 2，施工监测 方
3、案实施 监测数据验证,ANSYS有限元法,有限元ANSYS将土体和支护结构分别划分为有限单元进行计算，其优点是可以考虑土体与支护结构的相互作用，可以从整体上分析支护结构及周围土体的应力和位移，而且还可求得基坑的隆起量、地表的沉降量和土中的塑性区范围及发展过程，还可以与土流变学相结合求得各参数的时间效应。最重要的一点，它适用于动态模拟计算。通过动态计算模型，按照施工过程对支护结构进行逐次分析，预测支护结构在施工过程中的性状。例如位移、沉降、土压力、孔隙水压力、结构内力等，并在施工过程中采集相应的信息，经过处理后与预测结果比较，从而作出决策，修改原设计中不符合实际的部分。,常规计算方法,挡土墙侧向
4、变形的计算方法主要有土抗力法和杆系有限元法。 地表沉降的计算主要有经验法和有限元法。 其中经验法主要有 Peck 曲线法、地层损失法、稳定安全系数法和时空效应估算法等,ANSYS优点,ANSYS 程序是一个工程强大的大型通用有限元商用分析软件，软件中提供了200 种以上的单元类型，能够方便地模拟工程中的各种结构和材料，并且得出各种数据结果。 可见，有限元法是一种精度较高的数值分析方法，在岩土工程学科中有着很大的发展前景。,工程概况,文汇站位于杭州市江干区文汇路与学府街的交叉路口，车站主体结构为地下二层岛式站台，箱形框架结构，基坑面积5897，基坑开挖标准段深16.96m，明挖区间端头井处为最深
5、处，开挖深19.52m。车站采用明挖顺作法施工，共分为7个施工段。,工程概况,文汇路站地铁站平面图,（g/cm3）,岩土物理力学综合参数（土体参数设定）,表（1）岩土物理力学综参数,支护结构设计参数设定,根据实际设计方案，按照规范要求选取适当的支撑的间距、刚度和连续墙厚度，另外增加了两种对比设计方案： 方案一，设置四道支撑，支撑间距五米，支撑刚度K,60916； 方案二，设置五道支撑，支撑间距四米，支撑刚度K,60916； 方案三，设置五道支撑，支撑间距四米，支撑刚度0.5K。 三种设计方案地连墙厚度均为800mm。 本工程混凝土均采用C30现浇混凝土， 弹性模量E0=3.15104N/mm2
6、； 采用HRB335钢筋，弹性模量Es=2.0105N/mm2。,由于基坑长度方向远大于宽度方向，所以用平面应变方法分析建立了二维有限元模型，并且模型的土体应力场的大小在基坑大小5倍以上，可以良好的反映出土体沉降和位移对支护结构的影响。模型中土体、围护墙体和支撑系统均采用平面（PLANE42）二维实体结构单元模拟，各部分刚度和参数均根据实际工程方案选取。,建立模型,对周围土体和结构施加相应的约束和边界条件，并且施加重力荷载，模拟土体初始应力场，并且利用生死单元技术分步开挖土体。 求解结果均收敛。,施加边界条件及求解,方案一 开挖完成 土体及结构应变云图、位移云图,应变云图 位移云图,应变云图
7、位移云图,方案二 开挖完成 土体及结构应变云图、位移云图,应变云图 位移云图,方案二 开挖完成 土体及结构应变云图、位移云图,应变云图 位移云图,方案三 开挖完成 土体及结构应变云图、位移云图,表（2）土体及围护结构各项模拟数值对比,方案二为最优选择。,当围护墙体上部向坑内倾斜，支撑体系强度或稳定性不够，支撑体系失稳破坏。 当围护墙刚度不足，难以抵挡水土压力形成的弯矩时，墙体可能被折断，也会造成支护结构垮塌。,分析变形趋势及破坏形式,方案的实施与监测,整个车站基坑围护结构均采用800mm厚地下连续墙，标准段深度42米，墙体混凝土采用C30，墙顶冠梁为800mmX1200mm，以减小围护结构的变
8、形，增加整体稳定性。由于基坑坑顶处容易产生较大变形，为了更有效的控制基坑变形，首道和第三道支撑采用钢筋混凝土支撑，其它部位采用609、壁厚16mm的钢管内支撑。钢管支撑架设后根据设计要求施加一定的预应力，一般为设计轴力的30%-70%。钢支撑水平间距为2.5-5米，在标准段共设置五道支撑，端头井处设置斜撑。,车站主体围护结构剖面图,时空效应：基坑开挖与支撑架设的施工过程中，每个分步开挖的空间几何尺寸和围护结构开挖部分的无支撑暴露时间与基坑围护结构及土体位移有明显的相关性。 主体基坑开挖采用从东向西分台阶从上至下明挖法施工，基坑开挖遵循“平面分区、竖向分层、先撑后挖，随挖随支”的施工原则。,基坑开挖方案,施工监测结果,支撑轴力监测曲线,CX3地连墙侧移曲线,表3 土体及结构模拟结果和监测结果对比,有限元数值模拟结果和实际监测结果虽然有所差别，但是达到了设计分析的目的，所以，监测数据有效的验证了模拟方案的合理性。,(1) 本次模拟选取的有限元参数合理，计算结果准确反映了粉砂土体和支护结构内力、变形状态。 (2)在一定幅度范围内，选择合适的支撑方式，调整挡墙刚度和支撑刚度，可有效地限制基坑变形。 (3)建议粉砂地区首道支撑采用钢筋砼结构，并且与冠梁形成整体，能够增加基坑的整体稳定性。,结 论,班门弄斧 敬请谅解！ 谢谢！,
