基坑工程开挖模拟-ansys三维有限元分析报告VIP

春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析一、前言本工程基坑规模较大，属深大基坑，基坑周边与市政道路、建筑物相临，其中包括基坑北侧距在建的南京地铁S3号线春江新城车站，仅为5米，对变形控制要求极高，基坑开挖如造成上述构筑物的变形超出控制指标，将造成较大社会负面影响。因此，为了较准确的了解本工程基坑土方开挖对相邻建筑及地铁结构（南京地铁S3号线春江新城站）产生的附加变形，运用三维数值分析软件ANSYS，对基坑开挖过程进行数值模拟分析，验证基坑工程设计的合理性。1、计算模型计算假定本次分析过程中，为计算方便作如下基本假定各层土体为各向同性体，土体假定为弹塑性体；支撑结构为有一定弹性刚度的杆件；土体与挡土结构之间保持紧密接触，满足位移协调条件；由于本工程采用全封闭式支护结构，因此不考虑基坑降水因素，仅考虑基坑开挖卸荷对临近建构筑物的影响。计算理论弹塑性理论。单元选取土体采用空间八结点SOLID185单元，它是一种实体单元，有八个节点，每个节点有3个沿着XYZ方向平移的自由度，在定义了材料非线性之后，该单元也可以计算非线性问题；竖向挡土构件及车站均采用SHELL（壳）单元；模型计算范围模型竖向方向计算深度取基坑开挖深度的3倍；水平方向基坑外取基坑开挖深度的45倍；边界条件上表面为自由面，四周边界面约束法向位移，底部约束竖向位移；土体模型土体模型满足DRUCKERPRAGER屈服准则。该准则适用于岩石、混凝土和土壤材料，由于这些材料属于颗粒状材料，受压屈服强度远大于受拉屈服强度，且材料受剪时颗粒会膨胀，常用的MISES屈服准则不适合这类材料。ANSYS中的DRUCKERPRAGER屈服准则能够准确的描述这类材料，使用DRUCKERPRAGER准则的材料简称为DP材料。图1DP材料屈服曲面计算中的土体参数根据岩土勘察报告提供的参数选用，变形模量则根据地质报告提供数值按土体的应力状态进行调整。2、土体计算参数选取场地典型土体分层及相应参数见表1。1春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析表1模型中土体分层及相应参数一览表土层C压缩模量土层名称W（）（KN/M）泊松比编号（KPA）（MPA）杂填土226201（40）（150）0351185粉质黏土24720043169033787粉质黏土212206721510331067粉质黏土夹卵/225（80）（300）032/砾石全风化凝灰岩/233（80）（300）032/强风化凝灰岩/260（80）（300）032/中风化凝灰岩/235（80）（300）03/全风化安山岩/248（80）（300）03/强风化安山岩/253（80）（300）03/1中风化安山岩/252（80）（300）03/3、计算内容根据上文对周围环境的简述，本报告针对重点保护对象，进行施工过程的有限元模拟，分析基坑开挖时竖向挡土构件的水平位移；周围建筑物水平位移与沉降。毕业设计论文代做平台580毕业设计网是专业代做团队也有大量毕业设计成品提供参考WWWBYSJ580COMQQ3449649974图2模型中考虑的基坑周边环境和平面示意图二、基坑开挖有限元分析1模型参数基坑工程围护结构竖向体系布置平面图见图2、西侧支护结构剖面图如3、北侧地铁与基坑相对位置关系见图4。2春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析图3西侧支护结构剖面图图4北侧地铁与基坑相对位置关系2计算模型基于基坑开挖对周边环境的影响，同时考虑到模型计算的准确性，在平面范围内，基坑边界取值为基坑开挖深度的45倍，竖向边界则为3倍。整体模型尺寸为长宽高261M204M31M，模型计算时，南侧出土口按30KPA超载考虑，其余侧按设计计算取值20KPA超载考虑，整体分析模型如图5所示，基坑支护结构模型如图6所示，基坑开挖过程模型如图7所示。3春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析图5整体分析模型图7开挖过程模拟3计算结果及分析基于围护体系采用的是悬臂体系，以开挖到底最不利工况为变形控制条件，模拟分析春江学校人防工程基坑土方开挖时，竖向挡土构件的控制变形情形。竖向挡土构件围护桩体变形云图如图8和图9。图6围护体系模型4春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析移最大值位置位于基坑西侧和东侧中段顶部处，最大值为124MM。Y方向位移最大值位于基坑南侧和北侧中段顶部区域及北侧阳角处，最大值约为40MM。（2）周围建筑沉降分析A“教学楼”基坑开挖至坑底时场地东侧“教学楼”的水平位移如图10所示，沉降如图11所示。由图10计算结果可见，“教学楼”水平位移最大值为24MM，教学楼由于基坑开挖而产生的倾斜度较小可以忽略。由图11可见，“教学楼”的最大沉降发生在离基坑较近的一侧，最大值为168MM。而离基坑较远一侧的沉降为086MM。最大沉降差为082MM，相对于“教学楼”的平面长度约为18M，则相对沉降为0045。综上可图8基坑开挖至基坑底标高时围护桩体X方向变形知基坑开挖对教学楼的影响比较小。图9基坑开挖至基坑底标高时围护桩体Y方向变形基坑开挖至基坑底标高时，由竖向档土构件的变形云图可知，围护桩体X方向位图10开挖到坑底时东侧“教学楼”的水平位移（M）5春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析图11开挖到坑底时东侧“教学楼”的竖向位移（M）图12开挖到坑底时东侧“居民楼”的水平位移（M）B“居民楼”基坑开挖至坑底时场地南侧“居民楼”的水平位移如图12所示，沉降如图13所示。由图12计算结果可见，“居民楼”水平位移最大值为20MM，教学楼由于基坑开挖而产生的倾斜度较小可以忽略。由图13得知，“教学楼”的最大沉降发生在离基坑较近的一侧，最大值仅为156MM。而离基坑较远一侧的沉降为031MM。最大沉降差为125MM，则相对沉降为0025。由于居民楼位于两倍的开挖深度以外，结合场地地层条件较好状况，综上分析基坑开挖对居民楼区的影响比较小。图13开挖到坑底时东侧“居民楼”的竖向位移（M）6春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析C“春江新城站”基坑开挖至坑底时，“春江新城站”与基坑整体水平向位移如图14所示，场地北侧“春江新城站”的水平位移如图15所示，沉降如图16所示。由图15计算结果可见，“春江新城站”水平位移最大值为39MM，位于车站中部，由图16得知，“春江新城站”的最大沉降发生在临坑面一侧，最大值为180MM。地铁沉降均处于规范允许的范围内。结合基坑与春江新城站相对位置关系分析，基坑开挖面位于地铁结构中上部，有利于基坑开挖的变形控制，采用共用地铁基坑围护桩的设计方案，一方面，降低了基坑竖向挡土构件的施工对地铁结构地基土的扰动；另一方面，10001400的较大直径的围护桩体，能较好的控制基坑围护体系的变形。针对本基坑的特点及工程地质条件，基坑北侧采用共用地铁基坑围护桩的方案，能够有效的控制基坑本体及地铁的变形。图15开挖到坑底时“春江新城站”水平向位移（M）图14开挖到坑底时“春江新城站”与基坑整体水平向位移（M）图16开挖到坑底时“春江新城站”竖向位移（M）7春江学校人防工程（地下停车场）项目有限元分析4结论通过建立基坑周边重要保护对象及基坑本体的三维有限元模型，分析基坑开挖对相邻构筑物的变形影响，分析结论如下春江学校人防工程围护桩体在基坑开挖阶段将发生一定位移，其最大位移发生在基坑开挖至基坑底工况，此为最不利工况条件，最大水平位移值为124MM，主要位于基坑北侧阳角及东、西侧长边中段顶部。基坑开挖阶段对周边有一定影响，但总体影响很小，由此可见，在基坑工程施工阶段，临近建筑物的最大水平位移为24MM，建筑物最大倾斜为02，满足对周边环境保护的功能需求，验证了设计方案的合理性。“春江新城站”水平位移最大值为398MM，位于车站中部，最大沉降发生在临坑面一侧，最大值为180MM。地铁沉降变形均处于规范允许的范围内。基坑土方开挖对周边建筑影响统计见表2。表2土方开挖阶段对周边建筑的影响距离最大相对基础地上地下周边建筑结构形式基坑沉降沉降形式层数层数边距离（MM）（）天然教学楼钢筋混凝土4无111680045地基天然居民楼钢筋混凝土6无281560025地基春江新城站/桩基/2/1800011三、总结由建模计算的结果可知，基坑开挖阶段对周边建筑物有一定影响，但总