杭州九沙河三维有限元分析报告

1、三维有限元分析（Midas GTS）为准确分析基坑开挖对邻近地铁区间隧道产生的影响，并考虑基坑开挖的空间效应，采用大型商业通 用有限元分析软件Midas GTS按连续介质有限元方法进行弹塑性分析。Midas GTS软件可进行三维建模，具有强大的非线性分析能力，内含多种上体和岩体本构模型，适于大 型岩土工程的变形及稳泄性分析，在国内外岩上工程数值分析中得到广泛的应用。通过建立全尺寸的三维 模型，根据基坑开挖的全过程中各具体施工步，采用“激活钝化”的方式控制各层基坑上体加固，I羽护桩 施工，上方开挖，底板施工及堆载的设置，根据基坑工程施工工况模拟基坑开挖全过程，最终对用护结构、 邻近地铁隧道和周边

2、地层的变形和内力做岀合理的预测。模型参数的选取1 模型尺寸根据基坑开挖对周边的影响范用，介理选取模型尺寸可减少边界条件对计算结果的影响。il算模型平面尺 寸为300m（X方向）X200m （Y方向）。最大弗护结构深度为51m,模型计算深度（Z方向）取为60m,模 型如下图所示鋅几冋（P）z2.本构模型（1）土体本构模型上体采用Mohr-Coulomb模型进行模拟，目前岩上工程界常用的屈服准则有：Tresca屈服准则、Mises屈 服准则、Drukle-Plager屈服准则以及Mohr-Coulomb屈服准则和双剪应力屈服准则等。在各种屈服准则中 Mohr-Coulomb屈服准则模型能反映上体的

3、抗JE强度不同的S- D效应（Strength Difference Effect） * j对静水压力 的敏感性,而且简单实用，上体参数c、值可以通过各种不同的常规试验测立。因此，较其他准则具有较好的 可比性，在工程实践中有着重要的作用和地位，得到了广泛的应用。基坑开挖过程中，绝大部分上体处于 卸荷状态，因此，实际岩上体的弹性模量要大于压缩模量，与回弹模量相近，上体的弹性模量与埋深密切 相关，Midas GTS模型中上体采用Mohr-Coulomb模型可设置弹性模量随深度的变化量，故相比英他商业有 限元软件中Mohr-Coulomb模型只能采用固定的惮性模量值要灵活准确。（2）其他单元本构模型

4、计算中国护桩、抗拔桩、用护桩顶板，基坑底板等材料采用弹性模型进行模拟。地铁隧道的变形要求严格, 地铁隧逍在基坑开挖下的变形处于弹性阶段，故对隧道管片也采用弹性模型。3材料参数取值计算中不同分层土体的模型参数、重度、侧压力系数等参数部分从地质勘察报告中得到，另一部分通过监 测数据反演分析得到。勘察报告给出的变形参数是压缩模呈:，压缩模量的计算中考虑了很大一部分塑性变形。类似基坑开挖过程 中，绝大部分上体处于卸荷状态，因此，实际岩丄体的弹性模量要大于压缩模量，与回弹模量相近，丄体 的弹性模量与埋深密切相关，故本报告在选取上体弹性模疑时在地勘压缩模量的基础上进行了修正。参数 如下表所示4边界约束模型

5、边界采用标准约束形式，在侧向边界而施加水平方向约朿（X方向UX=O, Y方向UY=O）,任模型底面施 加竖直方向约束（UZ=O）边界约束如下图所示全部几何冏灯;门二0踐沪5网格划分及单元类型为保i正网格划分质量，核心区土体及盾构管片种子(SEED)间距为3m,外用上层种子间距为22m。总共单 元数为41793。网格划分图下图6模型施工步骤按下表所示工况一：初始应力场平衡(包括隧道)；工况二：原堆土从10.0m高程卸载至8.0m高程，并堆填另一块从6.0m标高至8.0m高程；工况三：搅拌桩、抗拔桩施工；工况四：地下水位降至1.0m高程；工况五：堆土卸载至标高6.0mo工况六工况十七(remove

6、221)：区块分块开挖。工况十八：钢锭堆载移除。三维分析结果1. 土体变形情况（注，标记的数值为坑底处土体变形量，单位mm）DISPUCEXZin TOTIL T , ito7 6心WOO】 1.6%-*Z.4 72J rsoo】 3 6%*2. Z47T4*OOJ5 2Y*2. 0233Lc*001A G5*. T9899001*1. 5500141. 35002001*1. 12558e*00101153000”.T67ilztOOOIK4 阳30SDQ0LG. 2% 2rS58*zt 000BK*?.4 2e2crOOZZDisrucExnnTO71L T , ITH*2.6 仪126s

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8、inTOTAL T z irn r -9.3 5592c*0030 2%*2. 0feO5c*OOlI 0 *2.Gfe3 9c*OOJD 7*7 36320012?03)3l406二 2 7186*0501:2. 51 里 玄策化 G：k *5 2TO703474BB乜 25L0O1L. 8F 85538SD52 5595TIS0D】 a IV3 5=3500)4 5*1. or&9?c*ooj6 2Y七 1M110DO013. ?W气.5T24OO033. 3W乜9中6SOOO3Z. 9M7 T50T3e-001堆土猪除2, TDCl CI0AD= 1.000), UWT7 kM, irm

9、6m以上上体卸除后上体变形DISPUCEMZinTO7AL T z itar i sews oo】 0 2Y*2. 99529e*OOJ 0心*2.G3390e*003D 712. $r232e*001M*2.11064001L. 95 84335001G-tl.5878?tOOJ3.贰F 3ZS38 DO) 4 7*1. 06490C*DOJ 6班9. 0M12e*0O0 14.出T.4L92TOOO34 4M乜 9CM400029.敗U $95$0-001ZDATA 2, 开揑I, I2fcl (SAD二 1.000力U1HT kN, on3区开挖完成D)S?UCDGanE.2 T , (

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13、挖4, IKCfcl (SAD二 1.000力UJHT kN, iui4区开挖完成DI$?UCE9Ein TOTAL T , m8心:2. 52屮j：i j：! ?. 074:2 70 36*01KI 5. 391 ax*.4glOc*OOJ0 1%*3. 3 9S3Ge*0O3 0代*2. 9054le*003 0 2%*2.61746001 0 392. 3Z9SIL0010. 71Z 0413650012 WH. T3-SLfiOO2 7H.dgrsoo】 *1. ir?Tzc*ooi 6曲*9. $97T0e*0O0 l乙4MF. 010224000il.比乜皿T4JOOO?9. 3M

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19、 $3. %*2. 9ZO1 3C-001ZDATA 2, 俯锭移餘IXCR=1 (LOAD二I. DOO), UNIT kN, nni钢锭移除2.盾构变形情况JI I :三丨&殴丨巒DISFLACEJEin TOTAL T ? nn*3. 234680000.生0241GOOO5363屮OOO*2. 433LHOOO 2. T+2. 212590004 2!i*1. 34zo&e-ooo 5賞+1. 57154000r. 2坊+1 401026000&幼r. 130450008 M*9. 599T0e-001 g*5. 8344re-001L3.幼*3.19924 e-001兀.如+4. 9

20、4002-002应作OG2991e*0003343500013. H29. 2TJIfPLACEMTr? r ， nn2&22THOOO1538$000T-+1 92542000 5. M*1. G909GOOO g 0V+1.45650000 T. $%*1. 22204*000*9. arjrje-ooi r外*7. 53LI It-OOig金*5. 13&43e-001+2. 94t9G-0Ol*4.9rz30e-oozDATA 2,堆土清除 1, IKCR=1 (LCAD=k 000),8m标髙以上土体卸除后变形DATA 2,抗拔桩施工INl (LOAD=l.OO0), UNITk兀

21、mm国护桩、抗拔桩施工完成后丄体变形超 *(OJr|l込逹三及旳护DISPUCEXHTT TOTI.L 7 , ffff.76S690J00Q2.逐?5T9“0004. 7M5.*:JG.GK 1f的一+f丁 L11紘E.膚.T565TeOOO45G4tc40003 5635000$3624中000$Gn*ooo25020005550Te-00155T$Te-0019.G7. 55GJT-001SO. 2M 5 55用如002DATA 2, 眸水,II(CR=1 (LOl.OOO), U1ILI kN, nn1 fT Ik 4国观；严3佑2旷000*ZMLH.0. 07811L&-S2.414

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23、区开挖完成mz: Z. $856249&DArA J 2, 开挖 1, IHCR=1 (LOAD= 1.000), UNIT kW, w：1区开挖完成DATA 2, 开席& DiCF=l (LOW=LOOO), UNITk 几 mm 区开挖完成3 :%焦二&唧)丨护55760003325GcOOO10?21e+000881 40006SGd7c+00043110fi+0Cl020572e*0002520015476-001256C6e-00iON2e-0013S60c-0021超作PJSnACEMENr7071 T rwnc中乙 73333-000匚0了8950廻)Uz 2祁疋*!3%*183

24、-? 12 5% 七 IS欣DATA 乙 开注3, TKCE=1 (LOAB= 1.000), UNIT 1 kN, Tim3区开挖完成二焦iE三0助丨:巒无接作io)DAIA 2,开挖 DICRl LOAD=!.OCO), UNIT kN. nn花828屮0005155Le-*00029495X0008 1%9 5号8. W95 Vi6.4FY.绒Of3Z8eOOO05162e0062995屮000408Z3e0061俯聽屮000643506-00143295e2U3lft99956e9300Be-002LZ. 45i4216.1、001001001 区开挖完成2旳0斗00099 N7 WX

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26、 区开挖完成:JlfE -丨0助丨(5)丨妒 Ii】SHACEXEWr 70IAL T , ffiTi)fax.4. i$e+OOO+ . 36070+000 Z. IVF 335306*000 2. 6%*2.G311Oe*OOO 2. 7- *2. 2GG$0c+0006.旅】.9013OFOO 9. 6%41.5367Oe*OOO 12 7*1. 17191c*OOO2乂*3. 0 7107F-0013*4.-423O$e-OOl30 3T. 75104c-00204375000“如 gxoooBESPLXCEXEB?T0T1L ? , nn322640008904200051985e*00015331eOOO微1UJI W1$.敦29.丹DATA 12 开挖石 TNCR=l (LOA=LOOO), UHrT 1 kN, iuti40490 eFDDZ 35Z08e*-000吃 50153e0003.刊壮.24092000 G. 73.础7. $8755e-0DL 17.1HH. 99201ft-OOL7 7&459ft-00210区开挖完成r I ft； ft； - $ 睦 )