软土基坑中内插H型钢重力式挡土墙支护的变形及稳定性的有限元研究

发布时间：2020-02-20 19:26

【摘要】：基于硬化土模型(HS模型),利用PLAXIS有限元分析软件对上海地区某软土浅基坑中内插H型钢的重力式挡土墙支护开展有限元分析,根据数值试验结果和监测数据对基坑变形和稳定性进行研究。研究发现,(1)内插H型钢重力坝围护在浅基坑局部开挖7~8 m范围内有着较好的可行性和工程效果,在浅基坑支护中可作为重力式围护的补充手段;(2)使用PLAXIS的HS硬化土模型模拟基坑开挖具有较好的精度和与实际情况较接近的结果,HS模型的参数可以根据工程经验进行取值;(3)实际基坑监测结果表明浅基坑的局部深坑处的内插H型钢重力坝在两端重力坝的约束下其位移发展受到一定控制,可显著提高基坑的整体稳定性,且内插H型钢可以增加围护体本身的刚度,可抵抗部分土压力弯矩,一定程度上控制了围护体的位移;(4)实际工程中对内插H型钢重力坝的局部开挖深度要谨慎选择,首先在周边环境保护条件较为宽松的条件下采用,局部深坑深度建议在7~8 m之间,并且基坑整体开挖深度建议在5~6 m之间。通过对软土浅基坑中内插H型钢的重力式挡土墙支护的研究,能对相关基坑支护工程提供更可靠的技术支持。
【图文】：

重力坝,H型钢,内插,有限元模型

?.617.81218.56500⑤1-2砂质粉土5.4518.9332.0水泥土搅拌桩12000注：*代表经验取值。基坑开挖面较长，采用二维平面对称模型进行模拟，模型尺寸为50m×30m。土体均采用HS模型，内插型钢采用板单元，前后2排型钢用同样的板单元相互连接来模拟压顶的连系作用。由于水泥土搅拌桩和内插H型钢刚度相差较大，界面处需要考虑界面处的摩擦折减，根据相关经验和文献，界面系数取值为0.7，模型边界设置为标准边界，即左右边界约束水平位移，底部边界为固定位移约束，地下水位设置为地下0.5m，模型平面网格图见图5。图5内插H型钢重力坝PLAXIS有限元模型Fig.5PLAXISfiniteelementmodelofgravitydamwithH-shapedsteel3.4模拟结果分析水泥土搅拌桩重力坝为强度较低的脆性材料，在浅基坑局部较深处使用时插入型钢可增强自身的刚度和强度。重力坝内插H型钢可以视为弱双排桩结构，即较弱的门架式结构，坝顶的500mm厚钢筋混凝土压顶可以视为冠梁结构，一定程度上增加其抵抗土压力的能力。有限元模拟时采用塑性计算模式，首先激活H型钢板单元，然后一步开挖至坑底，释放土体应力。模拟过程中重点关注重力坝体的自身稳定性及其应力变化。内插H型钢重力坝的开挖位移发展趋势经PLAXIS模拟结果见图6。(a)土体水平变形(b)土体垂直变形图6开挖至坑底后土体水平和垂直变形云图（单位：mm）Fig.6Soilhorizontalandverticaldeformationnephogramafterexcavation(unit:mm)4036322824201612840-4-8-12-16-20-24-28-32686460565248444036322824201612840-4

云图,垂直变形,云图,单位

elementmodelofgravitydamwithH-shapedsteel3.4模拟结果分析水泥土搅拌桩重力坝为强度较低的脆性材料，在浅基坑局部较深处使用时插入型钢可增强自身的刚度和强度。重力坝内插H型钢可以视为弱双排桩结构，，即较弱的门架式结构，坝顶的500mm厚钢筋混凝土压顶可以视为冠梁结构，一定程度上增加其抵抗土压力的能力。有限元模拟时采用塑性计算模式，首先激活H型钢板单元，然后一步开挖至坑底，释放土体应力。模拟过程中重点关注重力坝体的自身稳定性及其应力变化。内插H型钢重力坝的开挖位移发展趋势经PLAXIS模拟结果见图6。(a)土体水平变形(b)土体垂直变形图6开挖至坑底后土体水平和垂直变形云图（单位：mm）Fig.6Soilhorizontalandverticaldeformationnephogramafterexcavation(unit:mm)4036322824201612840-4-8-12-16-20-24-28-32686460565248444036322824201612840-4

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