摘 要

佛山轨道交通的发展变得越来越迅速，对整个佛山的交通，整个城市的规划，乃至经济环境等起到了不可忽视的重要作用，佛山轨道交通二号线的建设愈发显得急不可待。但是，在轨道建设中，需要面临的问题也变得多元化，明挖基坑稳定性就是众多问题中的一个。

根据当前明挖基坑稳定性的分析研究现状，对明挖基坑的稳定性进行分析和讨论，重点研究内部因素和外部因素对基坑稳定性的影响，对其进行分析，制定有效的措施，从而保证结构整体的稳定。

主要工作如下：

1.分析基坑开挖对周围建筑的影响，简单介绍有限单元法在深基坑中的应用和进展。

2.介绍基坑的工程概况，包括工程地质和水文地质。

3.对大型岩土工程有限元分析软件PLAXIS进行简要介绍，对数值计算中涉及的模型、参数等要点进行重点介绍。

4.数值计算:对参数的选取和基坑的深度、支护方式、开挖方式等进行说明，结合工程概况用PLAXIS建立摩尔库伦模型，分析基坑开挖对围护结构水平变形、地表沉降和土体水平位移的影响。

5.选用HS模型进行数值分析，并与MC模型结果进行比较，得出优化方案。

6.对数值计算结果进行总结，并得出结论

关键词：明挖基坑；数值模拟；稳定性；围护结构；有限元法；

Abstract

Foshan rail transportation is developing more and more quickly, the Foshan traffic, the city planning, and even the economic environment plays an important role can not be ignored, the construction of Foshan rail traffic on the 2nd line is growing impatient. However, in the construction of the track, the need to face the problem has become diversified, and the stability of the excavation pit is one of the many problems.

According to the current open cut excavation stability analysis of the current situation, for open excavation foundation pit stability are analyzed and discussed, focus on internal factors and external factors influence on the stability of foundation pit, the analysis, formulate effective measures, so as to ensure the stability of the whole structure.

The main work is as follows:

1. to analyze the influence of foundation pit excavation, and introduce the application and development of the finite element method in deep foundation pit.

2. Introduction to foundation pit engineering survey, including engineering geology and hydrology geology.

3. the finite element analysis software PLAXIS of large geotechnical engineering is introduced briefly. The main points of the model and the parameters involved in the numerical calculation are introduced.

4. Numerical calculation: selection of parameters and foundation pit depth, excavation, excavation mode is described. Combined with the engineering situation of Mohr Coulomb model was established by using PLAXIS, the analysis of foundation pit retaining structure horizontal deformation, the influence of surface settlement and horizontal displacement of the soil.

5. select HS model for numerical analysis, and compared with the results of the Kulun model, the optimization scheme is obtained.

6. the numerical results are summarized, and the conclusion is drawn.

Key words: open pit excavation; numerical simulation; stability; retaining structure; finite element method;

目 录

1 绪论 - 1 -

1.1 引言 - 1 -

1.2 国内外基坑工程发展状况和研究现状 - 1 -

1.2.1 国内外基坑工程发展状况 - 1 -

1.2.2 国内外基坑工程研究现状及存在的问题 - 3 -

1.2.3 基坑分析常用方法 - 5 -

1.3 基坑开挖对周围环境及邻近建筑物的影响 - 6 -

2 PLAXIS 2D软件简介 - 8 -

2.1 PLAXIS 2D软件介绍 - 8 -

2.2 模型及其材料参数 - 8 -

2.2.1 Mohr-Coulomb模型与HS模型 - 8 -

2.2.2 模型材料参数 - 10 -

3 番村站~魁奇路站明挖区间工程概况 - 13 -

3.1 工程简介 - 13 -

3.2 区间结构设计及施工方法 - 13 -

3.3 工程地质及水文地质条件 - 14 -

3.3.1 工程地质条件 - 14 -

3.3.2 水文条件 - 14 -

3.4 不良地质作用 - 16 -

3.4.1 砂土液化与软土震陷 - 16 -

3.4.2特殊地质 - 16 -

4 番村站基坑模拟开挖数值分析 - 18 -

4.1 土层、围护桩、支撑的模拟、参数选取与计算 - 18 -

4.1.1 土层、围护桩、支撑的模拟 - 18 -

4.2 土层、围护桩、支撑的参数选取与计算 - 20 -

4.2.1 土层的参数选取 - 20 -

4.2.2 板的参数的选取与计算 - 21 -

4.2.3支撑参数选取与计算 - 21 -

4.3网格划分与初始条件 - 22 -

4.4计算与分析 - 23 -

4.4.1 开挖过程与计算 - 23 -

4.4.2 输出变形网格数值分析 - 24 -

4.4.3 围护桩水平位移分析和支撑轴力分析 - 25 -

4.4.4土体水平位移分析 - 26 -

4.4.5 土体地表沉降分析 - 27 -

4.5 其它剖面MC模型建立与数值分析 - 28 -

4.5.1 计算模型与网格划分 - 28 -

4.5.2 初始条件 - 29 -

4.5.3 计算输出结果与分析 - 30 -

5 基坑剖面在HS模型下的数值分析与比较 - 40 -

5.1 HS模型各剖面开挖过程 - 40 -

5.1.1 变形网格和水平位移云图 - 40 -

5.1.2 围护桩水平位移和支撑轴力分析 - 43 -

5.1.3土体水平位移分析 - 47 -

5.1.4 地表沉降分析 - 48 -

5.2 HS模型与MC模型数值分析结果比较 - 49 -

5.2.1 围护桩水平位移比较 - 49 -

5.2.2 土体水平位移 - 52 -

5.2.3 地表沉降 - 55 -

6 MC模型与HS模型下的车站基坑稳定性分析 - 59 -

6.1 剖面一基坑稳定性分析 - 59 -

6.2 剖面二基坑稳定性分析 - 60 -

6.3 剖面三基坑稳定性分析 - 60 -

6.4 剖面四基坑稳定性分析 - 60 -

6.5 剖面五基坑稳定性分析 - 60 -

6.6 小结 - 60 -

7 总 结 - 62 -

7.1 总结 - 62 -

7.2 展望 - 62 -

致 谢 - 64 -

参考文献 - 65 -

1 绪论

1.1 引言

世界城市中交通的发展,是推动社会现代化进步的重要力量,更是反映人们生活半径不断扩大的一个窗口。城市交通从地上转入到地下已经有140多年的历史了。1863年1月10日，世界上第一条地下铁轨在伦敦建成，在不同的国家、不同的发展阶段，经济发达的城市都已经建有地铁，地铁已经成为一个衡量国家综合国力、人民生活水平以及现代化的重要标志。目前从全国的情况来看，已经建有地铁或已开工建设地铁的城市有：北京、天津、香港、上海、台北、广州、深圳、南京、成都、武汉、杭州、沈阳、西安、哈尔滨等城市。

佛山地铁2号线全长共53km，佛山段长49.1km。佛山地铁2号线为东西方向城市骨干线，途中共设23个车站，分成两期建设，一期工程（南庄-广州南站）将设置5个换乘车站分别与佛山一、三、五、六号线以及广州的二、七号线等线路换乘。佛山地铁二号线连接佛山中心城区和广州南站，形成除广佛线之外的第二条城际间通道。地铁运行后，多种因素引起的软土隧道沉降，对地铁的运营造成较大的影响。随着国内外地铁的大量建设和运营，隧道长时间运营下不断暴露的问题逐渐引起人们的重视。此文就是为了避免更多的问题出现，对佛山交通轨道二号线上番村站进行的明挖基坑稳定性分析。

1.2 国内外基坑工程发展状况和研究现状

1.2.1 国内外基坑工程发展状况

基坑工程是地下工程^[1]中的一个难题,也是一个古老而又具有时代性特点的岩土工程问题,涉及工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺和施工管理。二十世纪，随着地下建筑不断地涌现，使得许多新的经验和理论的研究方法出现和逐步成熟。Terzaghi和Peck等著名学者在二十世纪四十年代就已经提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法^[2],这一理论原理一直沿用至今,也有了许多修正和改进；Bjerrum和Eide两人在二十世纪五十年代提出了分析基坑底板隆起的方法^[2]；二十世