[发明专利]软土深基坑变形数值模拟分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数值模拟分析方法，尤其是一种考虑临近建筑物影响的软土深基坑变形数值模拟分析方法，属于临近建筑物对软土深基坑变形影响数值模拟的分析领域。

背景技术

随着我国经济的持续不断发展，城市化进程不断加速，深基坑工程与日俱增，深基坑工程的施工势必会引起周围地层产生较大的位移及变形，伴随着极强的环境效应，导致周边建筑物产生不均匀沉降甚至开裂，在软土中这种表现尤为突出。因此，深基坑工程设计及施工难度越来越大，风险越来越高，对变形控制的要求越来越严格。目前深基坑工程的设计与施工主要存在的问题有：

1)基于变形控制的软土深基坑工程设计方法缺乏可靠的理论指导，难以做到科学化设计，深基坑工程设计在某些条件下过于保守，造成极大的浪费，而在另外一些情况下又存在较大的安全隐患，给深基坑工程的施工和安全使用带来较大的风险；

2)对软土中深基坑工程开挖引起的基坑围护结构及地层变形规律及机理等认识不够明确，难以做到精细化设计与施工。变形控制指标单一，标准绝对，难以满足深基坑周边复杂敏感的环境要求；

3)软土深基坑设计与施工存在割裂现象，在深基坑设计时不能很好使用不同的施工参数对深基坑开挖过程进行模拟，以得到优化的施工参数。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种软土深基坑变形数值模拟分析方法。

本发明技术解决方案：

软土深基坑变形数值模拟分析方法，包括以下步骤：

1)在工程勘察阶段，通过三轴压缩蠕变试验获取软土体的蠕变实验参数，土体蠕变模型选用扩展的D-P蠕变模型，粘聚蠕变定律采用时间硬化幂函数定义，其中需定义的蠕变参数通过STATISTIC软件进行数据拟合；

2)根据具体深基坑工程设计与施工方案，选取合适的开挖土体块尺寸、深基坑工程基坑围护结构、支撑材料及其参数，并选取合适的无限元区域。建立深基坑开挖工程的有限元模型；

3)根据步骤2)所建立的有限元模型，采用场变量控制法和生死单元法对深基坑开挖过程进行模拟，对深基坑工程开挖前后的地下连续墙水平位移、支撑轴力、周边地层沉降的变化情况进行比较分析，得到不同施工参数下的变化规律，为工程变形控制提供数值参考依据；

4)通过改变土体开挖方式、施工间隙和开挖时间等几个工程因素的参数，采用步骤2)和步骤3)的方法建立多组不同工况下的有限元模型，对各工况下地下连续墙水平位移、支撑轴力、周边地层沉降的变化情况进行比较分析，得到各工程因素对深基坑工程变形影响的作用规律；

5)根据具体深基坑工程施工方案，建立深基坑工程开挖的有限元模型，验证工程设计与施工方案的可行性。

作为一种实施方案，步骤1)所采用的通过三轴压缩蠕变试验获取软土体的蠕变实验参数方法，具体如下：

a)在工程勘察阶段采用现场取样的方式获取土层中的软土，在实验室内进行三轴压缩蠕变实验；

b)软土体的蠕变模型选用扩展的双曲线D-P蠕变模型，蠕变法则采用时间硬化幂函数定义，蠕变法则用下式定义：，式中为蠕变应变率，为蠕变应力，为时间。 A、n、m为需通过实验确定的三个参数；

c) 上式可以定义为，式中为蠕变应变，为常数。经由三轴实验数据采用STATISTIC软件拟合可得到最优化曲线，从而可得A、n、m数值。

所述采用在模型的四周建立三维无限元模拟半无限域的影响，具体如下：

a)在模型四周划分三维有限单元，长度和宽度方向无限单元的长度分别等于1.5倍的待开挖土体的长度和宽度，并使用扫略方式划分网格；

b)令单元类型为C3D20P，将模型文件保存，用记事本打开已保存的模型文件，找到模型四周的三维有限单元集，将单元类型改为无限单元类型INC3D8P；

c)在模型的四角设置三维交叉无限单元，此项工作需要手动修改，需令无限单元的8个节点排列满足右手螺旋法则即可。

所述采用场变量控制法及单元生死法模拟深基坑工程施工的方法，具体如下：

a) 在模型的四周建立三维无限元模拟半无限域的影响，同时将临近建筑物转化为等效荷载施加到地面上，再施加重力，得到土体在自重作用下的受力及变形，同时导出初始地应力文件；

b)建立临近建筑物和基坑开挖共同作用的三维有限-无限单元模型，并读入初始地应力文件，从而获得地应力的平衡；