基坑变形监测与数值模拟
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基坑变形监测与数值模拟范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：随着城市建设的发展与旧城改造的推进，基坑工程正向大深度、大面积方向发展。有些工程的基础紧临已有建筑物和构筑物的基础，开挖过程中建筑物和支护结构的变形规律，本文通过大型通用分析软件FLAC3D，将基坑、支护结构和建筑物作为一个系统来研究。
关键词：深基坑 沉降 数值模拟
本章主要结合实际工程的现场原位测试试验，通过实测数据与数值模拟结果的对比，分析了桩内支撑支护形式下基坑周边土体的水平位移及地表的沉降变形规律，并确定了FLAC3D在模拟软土地区基坑开挖对近邻建筑物及周围地表沉降变形影响的设计参数。
1.工程概况[1]
某招商大厦位于浦东新区陆家嘴路，靠近浦东大道和浦东南路交汇处，基坑平面形状接近长方形，面积为70×90=6300m2, 周长约为340m，开挖深度自然地面以下10.3m，局部电梯井部位为13m。大厦南面为陆家嘴路，是一条交通要道，还有一些重要管线需要重点保护，东面在基坑开挖阶段为正在建造的银都大厦，其基础为桩基础，基坑开挖深度约为6m，围护结构采用3.3m宽的水泥搅拌桩，围护桩离招商大厦基坑较近约为7m，其余两侧场地空旷。
2.工程地质条件
场地地貌类型属滨海平原，根据勘察报告提供的基坑周边各个探孔的地面标高平均值为2.80m（吴淞口系统）。
（1）人工填土：多为建筑垃圾，由碎砖、木桩、混凝土基础和一部分塘泥组成，松散。填土厚度在1.0～3.0m深度范围内。
（2）灰黄色粉质粘土：很湿～饱和，可塑，局部夹少量薄层粉土，含少量铁锰结核。该层顶板埋深1.0～3.0m，厚度1.8m，局部因建筑基础（或地基）埋藏较深而厚度较小，锥尖阻力 一般为0.66MPa。
（3）灰色淤泥质粉质粘土：饱和，流塑，含腐殖质。此层土夹粉土、粉砂。本层土是上海地区典型的软土层，为高灵敏度粘性土。该层顶板埋深2.7～3.7m，厚度3.6m，锥尖压力 一般为0.55Mpa。
（4）灰色淤泥质粘土：饱和，流塑，含腐殖质。此层土顶部夹少量粉土。本层土是上海地区典型的软土层，为高灵敏度粘性土。厚度为11.1m，锥尖压力 一般为0.53MPa。
3.支护形式
本工程施工时，浦东地区对环境的要求还不是很高，除陆家嘴路一侧对变形要求较高外，其他三侧都没有特别要求，经过技术和经济比较后，在场地一侧采用直径Φ1000的刚度较大的钻孔灌注桩，其他三侧采用Φ800的钻孔灌注桩，在灌注桩背后采用水泥土搅拌桩止水。
4．数值模拟过程
基坑开挖时，为更接近真实工况，并减小瞬间卸荷对土体变形的附加影响[2]， 为了数值模拟完全按照真实情况安排模拟顺序，基坑开挖过程的数值模拟具体实施流程如下：
（1）对开挖前的土体进行重力作用下平衡计算，获得土体初始应力状态；
（2）进行基坑开挖的模拟，基坑开挖共分三步进行：
①开挖至-2.15m处，施工第一排钢支撑；
② 开挖至-5.65m处，架设第二道支撑；
③ 开挖至-10.0m处。
5. 数值模拟结果与试验结果的对比
5.1 基坑周边地表的的变形比较
从整个模拟过程看，可将基坑开挖过程分为三步，以下是各步开挖结束后基坑周边的竖向位移的实测数据和数值模拟数据进行对比分析，结果如下：
（1）第一步开挖
第一步开挖实测与模拟值对比，数值模拟沉降比实测地表沉降大，随地表与基坑边缘距离的增加，沉降量随之增大，达到最大沉降值后，随地表与基坑边缘距离的增大，沉降位移越来越小；这说明基坑开挖只对在一定范围内的土体产生沉降影响，超出一定范围影响就不明显了。第一步开挖时，1/4基坑土体竖向位移等值线，基坑影响范围内的地表沉降情况，最大沉降都发生在基坑边缘的中部，向坑角影响逐渐减小。基坑实测最大竖向沉降位移值为26.7mm，而最大沉降模拟值为33.1m，增大了18.7%。
（2）第二步开挖
第二步开挖实测和模拟沉降对比和竖向位移等值线所示，其排桩后沉降整体分布形式类似“勺”状，这是由于排桩和第一层钢支撑施加的预应力有效地减小了支护面上部土体的水平位移和沉降变形。在距基坑0～8m范围内，地表随距基坑边缘距离加大，竖向位移增大；在8m以外范围随与基坑边缘距离增大，竖向位移减小。基坑最大变形位置还是在基坑的坑壁，基坑中间位移最大，而在坑角处位移减弱，影响不明显，隆起最高处在基坑中心位置。基坑实测最大竖向沉降位移值为38.5mm，而最大沉降模拟值为43.9m，增大了12.3%。
（3）第三步开挖
第三步开挖实测和模拟沉降对比和竖向位移等值线，实测和模拟的沉降规律与前两步相同，最大位移区间外移到距基坑边缘9～11m处了，可以观察到地表与基坑距离大于基坑开挖深度3倍远处，影响几乎殆尽。与基坑不同距离的地表沉降情况，最大沉降都发生在基坑边缘的中部，基坑底部最大变形去有基坑中心移到排桩桩底，其附近的土突起最为严重。基坑实测最大竖向沉降位移值为49.6mm，而最大沉降模拟值为56.7m，增大了12.2%。
通过三步开挖后沉降的实测结果和模拟结果进行分析，最大竖向位移区域随开挖步数增加向远离基坑边缘移动，不过最大沉降增加比减小，说明基坑随开挖土体变形速度减小，数值分析的结果比实测值稍大。模型预测曲线整体上反映了实测沉降，可以确定合理设计参数。
6.结论
通过上述计算分析，在本工程地质条件下可得出以下结论:
（1）通过以上三步开挖后沉降的实测结果和模拟结果进行分析，最大竖向位移区域随开挖步数增加向远离基坑边缘移动，说明基坑随开挖土体变形速度减小。
（2）并且在每一步开挖后基坑周围地表土体竖向位移实测值与模拟值的对比曲线，从图中可以清楚地看到，数值分析的结果比实测值要大。