GTS基坑分析常见问题探讨培训讲义PPT

Midas工程师、各各位岩土专专家下午好好！GTS基坑分析常见问题探讨华工:杨春山No.2复杂深基坑坑分析常见见问题No.3复杂基坑实实例分析No.4结语目录No.1基坑分析建建模分类1基坑分析建建模类型(1)、全部自动划分四面体单元通过自动划划分网格，，全为四面面体单元。。特点：不不需要太多多的竖向、、横向尺寸寸控制，自自动划分实实体单元即即可；对于于几何模型型，各种结结构物之间间、结构物物与土层之之间布尔运运算过凡，，易出现不不耦合，且且对于三维维模型往往往单元数过过多，增加了运算算成本。适用范围：：有多个方方向上截面面尺寸要求求；或者有有两个方向向尺寸要求求，其中一一个方向截截面形式差差异范围占占总体模型型该方向尺尺寸比例大大。1基坑分析建建模类型(2)、六面体+四面体单元两个或两个个以上方向向有尺寸要要求，但处处在整体模模型的小范范围内，可可采用自动动划分网格格与延伸结结合的方法法，这样可以显显著地减少少计算模型型的单元，也不失总总体美观。。适用范围围介于1与3之间。模型单元约约减少2/5以上1基坑分析建建模类型(3)、全部延伸六面体单元“化零为整法法”生成的的模型，通通过二维网网格延伸生生成全部六六面体单元元。特点：：较自动划划分网格美美观，单元明显减减小，降低低了运算成成本与节省省了时间，，但延伸时对对于前期尺尺寸控制要要求较高。。适用范围围：两个方方向以下有有尺寸要求求，或者两两个方向尺尺寸上有要要求，但是是两个方向向上截面形形状比较规规则。总体模型减减少3/4单元1方法延伸

上述类型3中方法并非仅针对基坑建模分析，如纵、横向弯曲隧道等都有较好的效果。针对弯曲隧道如果采用常规的思路：建立几何模型------布尔运算-------网格自动划分，这样往往由曲线扫描出来的几何实体与周围实体之间难以进行正常的布尔运算，致模型不耦合无法运算。若采用“化零为整”的思路，可以简单确保耦合，且无需生成三维实体模型，同时单元得到很大的减少。如下图所示的小转弯隧道。

通过旋转或者扫描生成半径250m的小转弯隧道及部分土层。

根据以有连线进行网格划分保证节点耦合前提下连线

由二维网格延伸成三维

根据实际土层进行相应延伸

检查生成的网格是否耦合OK！耦合！！！

检查方法2复杂深基坑坑分析常见见问题本构模型模型单元接触问题Q1：单元问题。。在很多时时候用六面面体元素是是比较经济济的，六面面体单元的的一个特点点是它们允允许一个比比四面体单单元大的多多的纵横比比。四面体体单元中的的一个大的的纵横比总总是会影响响单元的偏偏斜，妨碍碍计算的精精确与收敛敛。这个网网格拥有的的单元比四四面体少的的多，计算算成本显著著减小。国国外在有限限元分析时时推荐使用用六面体，，应力结果果更好，而而不推荐四四面体。其他问题Q2：接触问题。。当接触单单元的刚度度远大于其其相邻单元元刚度时，，总刚度矩矩阵就成为为了病态矩矩阵，接触触面单元中中应力会发发生波动，，引起模型型计算不收收敛。接触触过程在力力学上常常常同时涉及及三种非线线性，包括括大变形引引起的材料料非线性、、几何非线线性还有接接触面非线线性（用线性计算算加入接触触单元的模模型会出问问题）。针对对这一情况况，在2复杂深基坑坑分析常见见问题此建议采用用如下方法法。如：土土层中含有有锚杆、土土钉及未等等效的围护护桩，当要要考虑结构构与土层相相对滑移时时，不要直直接用三维维网格与线线单元接触触，可以采采用建立立实体土钉钉、锚杆及及桩基，再内内嵌嵌植植入入式式桁桁架架、、桁桁架架及及梁梁，，以以获获取取所所需需内内力力。。究究其其原原理理，，加加入式式桁桁架架是是根根据据应应力力应应变变关关系系转转换换，，而而植入入梁梁单单元元则则是是根根据据挠挠曲曲线线微微分分方方程程转转换。。值值得得注注意意的的是是，，无无论论植植入入那那种种单单元元均取取刚刚度度为为单单位位刚刚度度，，以以免免影影响响结结果果。。2复杂杂深深基基坑坑分分析析常常见见问问题题Q3：本构模型问题。在土工数值分析中，土的应力-应变关系对计算结果有重大影响。选择的本构模型应尽可能简单，同时要满足土层变形特点。土体变形性质的一个突出特征是其模量与应力水平有关，卸载模量大于加载模型。有限元分析中，大家常用理想弹塑性模型，如M-C、D-P等，这些模型未考虑应变硬化与软化，与岩土材料实际特性相差甚远，故计算结果往往失真。理想弹塑性模型滞回曲线是一平行四边形曲线，认为弹性模量与卸载模量一致，这样就容易出现开挖回弹过大的情况，尤其在基坑工程中这一问题更为凸显。怎么处理这一问题值得探讨！Q4：流固固耦耦合合、、多多线线与与体体印印刻刻及及支支护护连连接接问问题题。。2

复杂深基坑分析常见问题本例为近接影响分析实例。众所周知，新建基坑施工会改变原有地铁的受力状态，从而对既有结构产生影响。所以基坑施工对周围环境的影响分析显得尤为重要。

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复杂基坑实例分析3.1

工程概况28m200m190m既有地铁1-1区：1m连续墙+锚杆2-2区：1m连续墙+锚杆6-6区：1.2m围护桩+锚杆+双排Φ850搅拌桩止水帷幕5-5区：1.2m围护桩+锚杆+双排Φ850搅拌桩止水帷幕3-3区：三道支撑+1m连续墙4-4区：三道支撑+1m连续墙一道支撑3.2

模型的建立2复杂杂深深基基坑坑分分析析常常见见问问题题模型型中中土土层层采采用用实实体体单单元元，，止止水水帷帷幕幕通通过过土土体体修修改改边边界界属属性性实实现现，，三三维维实实体体单单元元采采用用M-C本构构模模型型；；围围护护桩桩根根据据刚刚度度等等效效成成板板桩桩，，用用板板（（壳壳））单单元元模模拟拟，，锚锚杆杆用用植植入入式式桁桁架架单单元元，，内内支支撑撑结结构构用用梁梁单单元元模模拟拟；；盾盾构构管管片片采采用用板板（壳壳））单元元，，以以上上结结构构均均采采用用弹弹性性模模型型。。地地面面附附加加荷荷载载为为20kPa.工况工况名称1初始应力分析，位移清零，获取初始应力场2进行既有隧道的开挖与支护，位移清零3修建基坑支护桩、止水帷幕+地下连续墙（含冠梁与圈梁）4修建基坑支护立柱5基坑开挖1+支护1+锚杆16基坑开挖2+支护2+锚杆27基坑开挖3+支护3+锚杆3+冠梁8基坑开挖4+锚杆4计算工况1、建立几何模型。3.2

模型的建立2、由上几何平面生成2D网格。3.2

模型的建立建模过程3、根据土层厚度、围护与支护结构位置、每次开挖深度等延伸成三维网格。3.2

模型的建立建模过程4、赋予不同土层参数，抠出基坑开挖部分模型。3.2

模型的建立5、通通过过延延伸伸或或者者吸吸取取单单元元生生成成围围护护结结构构，，通通过过吸吸取取单单元元和和移移动动复复制制网网格格生生成成相相应应支支护护结结构构；；利利用用自自动动划划分分网网格格生生成成锚锚杆杆，，通通过过修修改改边边界界属属性性来来模模拟拟止止水水帷帷幕幕。。3.2

模型的建立局部部支支护护体体系系图图建模过程6、连接接右右侧侧几几何何线线体体，，划划分分2D网格格。。3.2

模型的建立建模过程7、延伸生成隧道处三维网格，形成最终的计算总体模型。3.2

模型的建立8、总体体计计算算模模型型透透视视图图。。建模过程3.2

模型的建立建模过程3.3

结果与分析建模过程由上土层位移云图可知，土层最大竖向位移为27.9mm，出现在坑底，向上隆起；水平向最大位移出现在4-4区与5-5区的交界处，最大值为23.4mm，向基坑侧；两向位移均满足基坑设计要求(<30mm)。出现位移原因：竖向开挖卸载应力释放引起坑底土层上抬，同时基坑开挖引起应力变化，围护结构向临空面移动，促使坑边土层向基坑侧移动。3.3

结果与分析建模过程3.3

结果与分析建模过程上图图为为邻邻近近盾盾构构隧隧道道的的位位移移云云图图。。由由图图可可知知，，水水平平位位移移均均向向基基坑坑一一侧侧移移动动，，最最大大值值为为1.511mm，出出现现在在近近基基坑坑一一侧侧隧隧道道中中部部；；竖竖向向位位移移最最大大值值为为1.677mm，向向下下，，出出现现在在隧隧道道端端部部。。水水平平位位移移的的产产生生跟跟土土层层原原因因一一致致，，而而竖竖向向位位移移则则因因为为基基坑坑开开挖挖隆隆起起与与地地面面附附加加荷荷载载引引起起的的。。3.3

结果与分析4结语1、由由于于岩岩土土的的复复杂杂性性、、实实际际项项目目的的特特殊殊性性及及计计算算过过程程中中的的一一系系列列简简化化，，致致使使岩岩土土工工程程数数值值分分析析结结果果往往往往与与实实际际存存在在较较大大的的偏偏差差，，甚甚至至相相反反；；正正因因此此，，进进行行有有限限元元分分析析时时不不要要太太过过纠纠结结，，太太追追求求结结果果数数值值上上的的吻吻合合，，一一般般认认为为结结果果规规律律满满足足实实际际情情况况，，且且数数值值与与理理论论或或实实测测结结果果同同一一个个数数量量级级，，模模型型本本身身是是没没有有大大的的问问题题。。2、软软件件学学习习过过程程中中，，不不论论GTS还是是其其他他一一些些分分析析软软件件的的学学习习，，个个人人觉觉得得要要重重视视过过程程，，遇遇到到问问题题多多思思考考，，多多总总结结；；我我看看GTS用户户大大都都是是要要进进行行实实际际工工程程分分析析了了才才开开始始学学，，然然后后不不停停地地问问，，最最终终项项目目做做完完了了，，软软件件还还是是没没搞搞懂懂。。学学习习其其他他通通用用软软件件发发现现，，分分析析软软件件都都是是相相通通的的，，GTS操作作界界面