土體彈性模量在基坑工程有限元計算中的應(yīng)用研究

李圃林

摘要：指出了有限元計算分析在基坑工程中的運用已經(jīng)較為普遍，但其彈性模量的取值卻比較困難。通過已建彈性模量模型，結(jié)合天津地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征及基坑工程開挖缷荷的特點，利用有限元軟件，對天津某深基坑進(jìn)行了基坑開挖有限元計算分析，計算所得變形值與監(jiān)測變形值進(jìn)行了比對，吻合程度很好，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：彈性模量；基坑工程；有限元計算

中圖分類號：TU431文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）10023703

1引言

目前國內(nèi)基坑工程的設(shè)計多采用有限元的計算分析方法，根據(jù)大型的商業(yè)有限元軟件，通過二維或是三維有限元模型的建立，進(jìn)行相應(yīng)的計算，對基坑穩(wěn)定性分析及環(huán)境評價。計算中土體的常規(guī)參數(shù)可以通過土工試驗很容易取得，而彈性模量的取得卻受試驗方法不同、試驗周期漫長的影響而較為困難，許多情況下工程設(shè)計人員在無試驗值的情況下，都根據(jù)已有工程計算經(jīng)驗給出經(jīng)驗值進(jìn)行試算，這大大增加了計算結(jié)果的不可預(yù)知性。

對于有限元計算中彈性模量參數(shù)的取值，一些學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究。姚愛國，湯鳳林，Smith I M[1]通過對基坑樁錨支護(hù)常用設(shè)計方法的分析，根據(jù)某工程的彈塑性有限元模擬計算， 得出了影響支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的主要因素是土體的彈性模量而不是結(jié)構(gòu)的彈性模量結(jié)論；莫時雄等人[2]以深圳某深基坑工程為研究對象， 借助加權(quán)殘值法和彈塑性有限元分析軟件， 計算該基坑在各工況下的變形，結(jié)果與實測值基本吻合。同時重點研究了土層參數(shù)變化對基坑開挖過程中水平位移和地表沉降的影響規(guī)律：土體的彈性模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角對基坑的水平位移和沉降影響較明顯。吳子超、楊雪強(qiáng)[3]利用有限元分析法，合理選取不同土的彈性模量值，并且分析了對地基基礎(chǔ)的影響；洪家寶等人[4]研究了土體參數(shù)取值對排樁位移程度的影響，土體彈性模量和泊松比對排樁位移影響較大， 在其他參數(shù)不變的情況下， 排樁位移隨土體彈性模量增大而減小， 隨土體泊松比的增大而增大。

本文結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特點及基坑工程特點，利用已建土體彈性模量模型，對天津某基坑開挖支護(hù)進(jìn)行計算分析。

2彈性模量及模型

2.1彈性模量

土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)為復(fù)雜的彈塑性本構(gòu)關(guān)系， 土體在荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)變既有塑性的， 也有彈性的。要想獲得土體真實的彈性模量，需對土體的荷載條件進(jìn)行深入的分析，將真實荷載施加于土體之上，通過試驗取得較為真實的彈性模量，但試驗周期較長，因而取值較難。

2.2彈性模量經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/p>

筆者通過對已有參數(shù)統(tǒng)計分析，歸納總結(jié)出彈性模量與土的泊松比及孔隙比相關(guān)，同時通過相應(yīng)常規(guī)物理力學(xué)參數(shù)對其進(jìn)行修正，建立了土體常規(guī)參數(shù)與該模量的對應(yīng)關(guān)系，大大方便了有限元計算參數(shù)的取用。

4結(jié)語

（1）通過對土體彈性模量及常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計分析，建立了彈性模型經(jīng)驗?zāi)Ｐ虴=K×Es。

（2）模型建立后，利用天津某深基坑進(jìn)行有限元試算，計算所得變形曲線與監(jiān)測變形曲線可以達(dá)到很高程度的吻合，模型的可利用性得到驗證。

（3）通過該有限元彈性模量的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停梢暂p松地從土體的常規(guī)物理力學(xué)試驗獲取參數(shù)并計算出其值，為彈性模量的獲得提供了新方法，進(jìn)而大大方便了有限元計算。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚愛國，湯鳳林.Smith I M：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法討論[J].工業(yè)建筑，2001（3）.

[2]莫時雄，王杰光，李瑞雄.土層參數(shù)變化對深基坑變形的敏感性及其規(guī)律[J].桂林工學(xué)院學(xué)報，2008（4）.

[3]吳子超，楊雪強(qiáng).ANSYS用于模擬上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)作用中土的彈性模量的影響[J].廣東建材，2009（7）.

[4]洪家寶，劉嘉，鄭克亞，等.水平荷載作用下排樁受力變形影響因素分析[J].水利與建筑工程學(xué)報，2011（2）.endprint

摘要：指出了有限元計算分析在基坑工程中的運用已經(jīng)較為普遍，但其彈性模量的取值卻比較困難。通過已建彈性模量模型，結(jié)合天津地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征及基坑工程開挖缷荷的特點，利用有限元軟件，對天津某深基坑進(jìn)行了基坑開挖有限元計算分析，計算所得變形值與監(jiān)測變形值進(jìn)行了比對，吻合程度很好，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：彈性模量；基坑工程；有限元計算

中圖分類號：TU431文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）10023703

1引言

目前國內(nèi)基坑工程的設(shè)計多采用有限元的計算分析方法，根據(jù)大型的商業(yè)有限元軟件，通過二維或是三維有限元模型的建立，進(jìn)行相應(yīng)的計算，對基坑穩(wěn)定性分析及環(huán)境評價。計算中土體的常規(guī)參數(shù)可以通過土工試驗很容易取得，而彈性模量的取得卻受試驗方法不同、試驗周期漫長的影響而較為困難，許多情況下工程設(shè)計人員在無試驗值的情況下，都根據(jù)已有工程計算經(jīng)驗給出經(jīng)驗值進(jìn)行試算，這大大增加了計算結(jié)果的不可預(yù)知性。

對于有限元計算中彈性模量參數(shù)的取值，一些學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究。姚愛國，湯鳳林，Smith I M[1]通過對基坑樁錨支護(hù)常用設(shè)計方法的分析，根據(jù)某工程的彈塑性有限元模擬計算， 得出了影響支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的主要因素是土體的彈性模量而不是結(jié)構(gòu)的彈性模量結(jié)論；莫時雄等人[2]以深圳某深基坑工程為研究對象， 借助加權(quán)殘值法和彈塑性有限元分析軟件， 計算該基坑在各工況下的變形，結(jié)果與實測值基本吻合。同時重點研究了土層參數(shù)變化對基坑開挖過程中水平位移和地表沉降的影響規(guī)律：土體的彈性模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角對基坑的水平位移和沉降影響較明顯。吳子超、楊雪強(qiáng)[3]利用有限元分析法，合理選取不同土的彈性模量值，并且分析了對地基基礎(chǔ)的影響；洪家寶等人[4]研究了土體參數(shù)取值對排樁位移程度的影響，土體彈性模量和泊松比對排樁位移影響較大， 在其他參數(shù)不變的情況下， 排樁位移隨土體彈性模量增大而減小， 隨土體泊松比的增大而增大。

本文結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特點及基坑工程特點，利用已建土體彈性模量模型，對天津某基坑開挖支護(hù)進(jìn)行計算分析。

2彈性模量及模型

2.1彈性模量

土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)為復(fù)雜的彈塑性本構(gòu)關(guān)系， 土體在荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)變既有塑性的， 也有彈性的。要想獲得土體真實的彈性模量，需對土體的荷載條件進(jìn)行深入的分析，將真實荷載施加于土體之上，通過試驗取得較為真實的彈性模量，但試驗周期較長，因而取值較難。

2.2彈性模量經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/p>

筆者通過對已有參數(shù)統(tǒng)計分析，歸納總結(jié)出彈性模量與土的泊松比及孔隙比相關(guān)，同時通過相應(yīng)常規(guī)物理力學(xué)參數(shù)對其進(jìn)行修正，建立了土體常規(guī)參數(shù)與該模量的對應(yīng)關(guān)系，大大方便了有限元計算參數(shù)的取用。

4結(jié)語

（1）通過對土體彈性模量及常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計分析，建立了彈性模型經(jīng)驗?zāi)Ｐ虴=K×Es。

（2）模型建立后，利用天津某深基坑進(jìn)行有限元試算，計算所得變形曲線與監(jiān)測變形曲線可以達(dá)到很高程度的吻合，模型的可利用性得到驗證。

（3）通過該有限元彈性模量的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，可以輕松地從土體的常規(guī)物理力學(xué)試驗獲取參數(shù)并計算出其值，為彈性模量的獲得提供了新方法，進(jìn)而大大方便了有限元計算。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚愛國，湯鳳林.Smith I M：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法討論[J].工業(yè)建筑，2001（3）.

[2]莫時雄，王杰光，李瑞雄.土層參數(shù)變化對深基坑變形的敏感性及其規(guī)律[J].桂林工學(xué)院學(xué)報，2008（4）.

[3]吳子超，楊雪強(qiáng).ANSYS用于模擬上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)作用中土的彈性模量的影響[J].廣東建材，2009（7）.

[4]洪家寶，劉嘉，鄭克亞，等.水平荷載作用下排樁受力變形影響因素分析[J].水利與建筑工程學(xué)報，2011（2）.endprint

摘要：指出了有限元計算分析在基坑工程中的運用已經(jīng)較為普遍，但其彈性模量的取值卻比較困難。通過已建彈性模量模型，結(jié)合天津地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征及基坑工程開挖缷荷的特點，利用有限元軟件，對天津某深基坑進(jìn)行了基坑開挖有限元計算分析，計算所得變形值與監(jiān)測變形值進(jìn)行了比對，吻合程度很好，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：彈性模量；基坑工程；有限元計算

中圖分類號：TU431文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）10023703

1引言

目前國內(nèi)基坑工程的設(shè)計多采用有限元的計算分析方法，根據(jù)大型的商業(yè)有限元軟件，通過二維或是三維有限元模型的建立，進(jìn)行相應(yīng)的計算，對基坑穩(wěn)定性分析及環(huán)境評價。計算中土體的常規(guī)參數(shù)可以通過土工試驗很容易取得，而彈性模量的取得卻受試驗方法不同、試驗周期漫長的影響而較為困難，許多情況下工程設(shè)計人員在無試驗值的情況下，都根據(jù)已有工程計算經(jīng)驗給出經(jīng)驗值進(jìn)行試算，這大大增加了計算結(jié)果的不可預(yù)知性。

對于有限元計算中彈性模量參數(shù)的取值，一些學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究。姚愛國，湯鳳林，Smith I M[1]通過對基坑樁錨支護(hù)常用設(shè)計方法的分析，根據(jù)某工程的彈塑性有限元模擬計算， 得出了影響支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的主要因素是土體的彈性模量而不是結(jié)構(gòu)的彈性模量結(jié)論；莫時雄等人[2]以深圳某深基坑工程為研究對象， 借助加權(quán)殘值法和彈塑性有限元分析軟件， 計算該基坑在各工況下的變形，結(jié)果與實測值基本吻合。同時重點研究了土層參數(shù)變化對基坑開挖過程中水平位移和地表沉降的影響規(guī)律：土體的彈性模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角對基坑的水平位移和沉降影響較明顯。吳子超、楊雪強(qiáng)[3]利用有限元分析法，合理選取不同土的彈性模量值，并且分析了對地基基礎(chǔ)的影響；洪家寶等人[4]研究了土體參數(shù)取值對排樁位移程度的影響，土體彈性模量和泊松比對排樁位移影響較大， 在其他參數(shù)不變的情況下， 排樁位移隨土體彈性模量增大而減小， 隨土體泊松比的增大而增大。

本文結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特點及基坑工程特點，利用已建土體彈性模量模型，對天津某基坑開挖支護(hù)進(jìn)行計算分析。

2彈性模量及模型

2.1彈性模量

土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)為復(fù)雜的彈塑性本構(gòu)關(guān)系， 土體在荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)變既有塑性的， 也有彈性的。要想獲得土體真實的彈性模量，需對土體的荷載條件進(jìn)行深入的分析，將真實荷載施加于土體之上，通過試驗取得較為真實的彈性模量，但試驗周期較長，因而取值較難。

2.2彈性模量經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/p>

筆者通過對已有參數(shù)統(tǒng)計分析，歸納總結(jié)出彈性模量與土的泊松比及孔隙比相關(guān)，同時通過相應(yīng)常規(guī)物理力學(xué)參數(shù)對其進(jìn)行修正，建立了土體常規(guī)參數(shù)與該模量的對應(yīng)關(guān)系，大大方便了有限元計算參數(shù)的取用。

4結(jié)語

（1）通過對土體彈性模量及常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計分析，建立了彈性模型經(jīng)驗?zāi)Ｐ虴=K×Es。

（2）模型建立后，利用天津某深基坑進(jìn)行有限元試算，計算所得變形曲線與監(jiān)測變形曲線可以達(dá)到很高程度的吻合，模型的可利用性得到驗證。

（3）通過該有限元彈性模量的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，可以輕松地從土體的常規(guī)物理力學(xué)試驗獲取參數(shù)并計算出其值，為彈性模量的獲得提供了新方法，進(jìn)而大大方便了有限元計算。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚愛國，湯鳳林.Smith I M：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法討論[J].工業(yè)建筑，2001（3）.

[2]莫時雄，王杰光，李瑞雄.土層參數(shù)變化對深基坑變形的敏感性及其規(guī)律[J].桂林工學(xué)院學(xué)報，2008（4）.

[3]吳子超，楊雪強(qiáng).ANSYS用于模擬上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)作用中土的彈性模量的影響[J].廣東建材，2009（7）.

[4]洪家寶，劉嘉，鄭克亞，等.水平荷載作用下排樁受力變形影響因素分析[J].水利與建筑工程學(xué)報，2011（2）.endprint