基于重度增加法的圆形深基坑支护安全储备系数与破坏模式研究.docVIP

基于重度增加法的圆形深基坑支护安全储备系数与破坏模式研究 　　摘 要：珠江黄埔大桥北锚碇深基坑采取圆形嵌岩地连墙加内衬的支护形式，该基坑外直径73 ，地连墙1.2 ，内衬厚度2～2.5 。为深入了解该基坑支护方案的安全储备情况，并预测其可能的破坏形式，在模拟施工过程的三维非线性有限元分析的基础上，通过将土体重度增加至支护结构破坏的方法，对该基坑进行了破坏模拟分析。分析结果表明，该圆形支护结构空间作用明显，变形小。结构破坏从地连墙径向位移最大处开始，在该点处外侧混凝土开始受压破坏并扩展，破坏区域最终贯穿破坏整个地连墙截面。综合分析得到该基坑的安全储备系数为2.2。 　　关 键 词：土力学， 圆形深基坑，三维弹塑性有限元分析，重度增加法，破坏模式 　　中图分类号： 文献标识码： 　　1 引 言 　　随着中国的经济快速发展，基础建设日新月异，深基坑工程众多，并呈现越大越深的趋势。由于深基坑工程的环境、地质条件越来越复杂，其支撑方式、尺寸、形状较以往复杂多变，仅依靠传统的 法并不能满足工程安全与控制需求，随着计算机运算速度快速提升，利用ANSYS、ABAQUS、MIDAS等大型有限元计算软件对深基坑工程进行三维非线性变形及安全系数分析越来越普遍。 　　重度增加法，通过逐步增加岩土体自重，增大支护结构所承受的压力，将达到临界破坏状态时刻的倍数值作为基坑的安全系数。重度折减法能够充分考虑深基坑外围土层复杂的情况，思路清晰、力学原理简单，能够有效地判定深基坑工程的安全系数和破坏模式。不过如何在不断增加岩土体重度的过程中判断其达到临界破坏模式，是有限元计算中经常遇到的比较棘手的问题。Chen和 Mizuno [1]采用重度增加法研究了黏性土边坡的稳定性，Swan[2]和Soe[3]则指出将重度安全法计算应用于摩擦角较大的砂性土缓坡中，得到的安全系数相对偏大。而陆新征等[4]则利用重度增加法对某特深基坑进行分析，将外围各层土体的泊松比定为0.45以模拟水土压力，以规范中混凝土抗压强度标准作为破坏判断标准。徐卫亚等[5]则利用强度折减和重度增加两种方法，与实际监测值做对比，采取根据滑坡内某点水平位移增量和重度增加系数增量之比与重度折减系数的关系曲线来判断边坡的安全系数。 　　本文以圆形深基坑工程为例[6]，在有限元分析基础上运用重度增加法，对其支护结构受力变形变化进行研究，求得该基坑安全储备系数及破坏模式。 　　2 工程简介 　　2.1 工程概况 　　广州珠江黄埔大桥北锚碇基础位于珠江大壕沙岛上，距江堤313 。锚区地层复杂，总的分为厚20～30 的三角洲相和河流相覆盖层以及下部基岩层。该锚碇基础采用圆形嵌岩地下连续墙加内衬的支护体系，外径73 ，圆形地下连续墙壁厚1.2 ，内侧设有2～2.5 钢筋混凝土内衬，墙身32～42 ，嵌弱风化砾岩3 左右。顶、底板厚5 ，中间为填芯混凝土，按照3 分层逆作法进行开挖及内衬施工。先完成地下连续墙的施工，再进行基坑开挖，每层土体开挖后，内衬墙体在36 内快速形成，缩短地下连续墙墙体暴露时间，减少墙体变形量。 　　表1 岩土体力学参数 　　Table 1 Mechanical Parameters of Soil 　　土层 弹性模量（kPa） 泊松比 容重 　　（kN/m3） 粘聚力（kPa） 内摩擦角 层厚（m） 　　1 2000 0.48 17.7 8 5 3 　　2 10000 0.40 19 1 15 2 　　3 9000 0.45 18.5 1 20 6 　　4 　　5 　　6 　　7 　　8 　　9 30000 　　50000 　　70000 　　400000 　　2000000 　　3200000 0.40 　　0.38 　　0.36 　　0.34 　　0.30 　　0.25 19.5 　　18 　　18.5 　　22 　　24.5 　　26 1 　　10 　　13 　　20 　　3000 　　8000 30 　　20 　　22 　　25 　　30 　　40 3 　　7 　　8 　　5 　　2.5 　　23 　　图1 有限元计算模型 　　Fig.1 Finite Element Compulation modal 　　2.2 计算模型 　　本文采用ANSYS有限元计算软件，使用三维整体非线性模型，土体和地连墙均采用20节点三维实体单元，内衬采用8节点三维板单元，整个有限元模型共有44209个节点，10320个单元。圆形基坑外径取73 ，地连墙厚取1.2 ，内衬厚度统一取2 ，计算开挖深度按平均值27 取值，地连墙深度36 。考虑圆形基坑结构的对称性，计算时采用1/4模型，计算