摘 要

伴随着国民经济实力的增长，城市的基础设施建设不可或缺。但是各个城市水文地质条件各不相同，众所周知土体是具有时空效应的，所以多道支撑条件下的基坑开挖方式成为较好的施工方法选择。时空效应的本质是说施工时土层完整性被破坏，施工人员对其进行挖填、加载卸载，土体中的内应力不断改变，形成内力的重新分派，从而导致土体隆起，沉降等外在体现。

本文基于基坑工程，依照工程实际情况，通过二维模拟软件对基坑分步开挖和支护过程进行数值模拟。通过有限元分析结果，了解了基坑变形情况、地下连续墙的位移结果、以及水平支撑的内力变化规律。

分析结果表明：开挖过程中地下连续墙水平位移随着深度加深越来越大，基坑顶部土体沉降，基坑底部土体隆起；铺设水平支撑后基坑水平位移先随着深度加深而逐渐增大，然后再慢慢减小；水平支撑的轴力随着基坑深度增加而越来越大。

关键词：基坑；多道支撑；土体时空效应；轴力；有限元分析

Spatial-temporal effect analysis of multi-channel foundation pit bracing excavation

Abstract

With the growth of national economic strength, urban infrastructure construction is indispensable. However, the hydrogeological conditions of each city are different, and it is well known that soil mass is time-space effect, so the excavation method under multi-channel support condition becomes a better choice of construction method. The essence of space-time effect is that during the construction, the integrity of soil layer is destroyed, and the construction personnel dig, fill, load and unload it. The internal stress in the soil keeps changing, forming the redistribution of internal force, which results in the external embodiment of soil uplift and settlement.

Based on the foundation pit engineering and according to the actual situation of the project, this paper conducts numerical simulation of the excavation and support process of the foundation pit step by step by using two-dimensional simulation software. Through the results of finite element analysis, the deformation of foundation pit, displacement of diaphragm wall and internal force variation of horizontal support are understood.

The analysis shows that the horizontal displacement of the diaphragm wall becomes larger and larger as the depth deepens, the soil settlement at the top of the foundation pit and the soil uplift at the bottom of the foundation pit. After laying horizontal support, the horizontal displacement of foundation pit increases gradually with the deepening of depth, and then decreases gradually. The axial force of horizontal support increases with the increase of foundation pit depth.

Key words：Multichannel support；space-time effect of soil；foundation pit；excavation；Axial force；finite element analysis

目 录

前 言 - 1 -

1 绪 论 - 2 -

1.1 研究背景和意义 - 2 -

1.1.1 研究背景 - 2 -

1.1.2 研究意义 - 2 -

1.2 基坑开挖的时空效应研究现状 - 3 -

1.2.1 基坑时空效应研究的近期发展 - 3 -

1.2.2 不同条件下基坑开挖模拟 - 4 -

1.2.3 深基坑考虑时空效应计算方法研究 - 5 -

1.3 基坑开挖 - 6 -

1.3.1 基坑开挖方法 - 6 -

1.3.2 基坑开挖失稳问题 - 7 -

1.3.3 基坑开挖桩基受隧道影响 - 7 -

1.4 基坑支护 - 9 -

1.4.1 支护工艺 - 9 -

1.4.2 支护构件加固与拆除工艺 - 10 -

1.4.3 支护构件的分析方法 - 11 -

1.5 支护工程与施工技术分析 - 12 -

2 数值模型建立 - 14 -

2.1 软件简介 - 14 -

2.2 一般模拟基本知识 - 14 -

2.2.1 建立几何模型 - 14 -

2.2.2 基本单元与边界条件赋予 - 15 -

2.3 材料赋值 - 16 -

2.3.1 土层模型 - 17 -

2.3.2 板赋值 - 17 -

2.3.3 锚杆赋值 - 17 -

2.4 生成网格与水压 - 18 -

2.5 计算 - 18 -

2.6 计算结果 - 20 -

2.6.1 基坑水平位移 - 20 -

2.6.2 基坑垂直位移 - 20 -

2.6.3 地下连续墙的变形 - 21 -

2.7 小结 - 22 -

3 基坑工程数值模拟 - 23 -

3.1 场地条件 - 23 -

3.1.1 工程简介 - 23 -

3.1.2 周边环境条件 - 23 -

3.2 场地地形地貌条件 - 24 -

3.3 气候与水文地质条件 - 24 -

3.4 地层结构 - 25 -

3.5 模型建立 - 27 -

3.5.1 工程概况 - 27 -

3.5.2 材料选择 - 27 -

3.5.3 模型选取 - 28 -

3.5.4 基坑开挖工序 - 28 -

3.6 基坑模型的计算与数值分析 - 29 -

3.7 小结 - 41 -

4 基坑开挖影响因素分析 - 42 -

4.1 基坑变形因素分析 - 42 -

4.2 基坑侧向变形 - 42 -

4.2.1 地下连续墙水平位移 - 42 -

4.2.2 地下连续墙竖向位移 - 43 -

4.2.3 水平支撑内力分析 - 43 -

4.3 基坑施工中的时空效应 - 50 -

5 结 论 - 51 -

致 谢 - 52 -

参考文献 - 53 -

前 言

改革开放以来，随着社会生产力的飞速发展，国内许多城市非常注重城市基础设施、商业建筑群的建设。而这些建筑多以大型工程、高层建筑为主，这就导致愈来愈多地下空间被使用，例如城市中心商业区、地下通道、地铁等基础建设。

如何有效快捷地在狭小的城市完成地下空间的开挖成为诸多学者研究的方向。多道支撑形式下的开挖需要考虑的土体的时空性和其他因素影响以保证施工。怎样减小施工时对周围土的扰动，怎样预防对周围建筑地基干扰较大而导致的灾害成为施工难题。所以，基坑开挖的土体时空效应就必须被重视以保证施工，从而达到加快施工进度，缩短施工工期，降低经济投入，施工风险的目的。

本课题通过对有限元软件的学习，利用该二维模拟软件对基坑开挖的每一步进行数值模拟分析。

最后使用该软件主要进行基坑开挖地下连续墙的位移；水平支撑的内力；土层变形等分析

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 研究背景