基于ABAQUS 數(shù)值模擬下的錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)分析研究

河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038

1 引言

基坑工程作為巖土工程中的核心組成部分，其屬于涉及多個(gè)方面的綜合性工程［1］。據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)分析，造成基坑工程事故發(fā)生的最主要原因，是設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)造成的。

本文通過(guò)采用ABAQUS 軟件，根據(jù)數(shù)值模擬分析計(jì)算的相關(guān)結(jié)果，與工程現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行論證分析，為后期類(lèi)似工程提供參考依據(jù)。

2 ABAQUS 數(shù)值模型的建立

2.1 工程概況

本工程基坑深度約為27.0m，形式為支護(hù)樁＋預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)。選擇鉆孔灌注結(jié)構(gòu)，其樁體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為40.0m，樁體直徑設(shè)計(jì)為1000mm，樁距設(shè)計(jì)為1.5m，嵌固深度設(shè)計(jì)為13.0m，樁體頂端設(shè)計(jì)冠梁，在樁體通身設(shè)置加強(qiáng)筋、箍筋等。另外在基坑深度范圍內(nèi)共設(shè)計(jì)了錨索十一道，錨索和錨索之間都有腰梁［2］。

在此，為簡(jiǎn)要表明基坑變形規(guī)律，只選其中5 道錨索進(jìn)行分析。施加位置分別在-3.3m、-6.8m、-13.8m、-17.4m 以及-24.3m 處。錨桿角度均為15°。

2.2 工程材料參數(shù)

2.3 數(shù)值模型的建立

本文選用Mohr-Coulomb 模型［3］。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

表2 結(jié)構(gòu)材料參數(shù)

模型寬度與高度分別為100m、100m。劃分的網(wǎng)格數(shù)目為3935 個(gè)，各個(gè)單元均屬于平面應(yīng)變單元（CPE4R），如圖1。邊界條件為：水平約束施加于兩側(cè)，底部有水平、豎直約束。

假設(shè)條件：

（1）假定土體類(lèi)型為彈塑性體；

（2）采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，并對(duì)錨桿提前施加預(yù)應(yīng)力。假定該支護(hù)結(jié)構(gòu)為完全彈性體。

圖1 有限元模型圖

3 計(jì)算結(jié)果與分析

匯總基坑開(kāi)挖變形位移的模擬值以及實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，cx1～cx9 分別為九個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖2 至圖4 所示。

圖2 基坑開(kāi)挖后的水平位移曲線圖

圖3 基坑開(kāi)挖后的地表沉降曲線圖

圖4 基坑開(kāi)挖后的坑底隆起曲線圖

由圖得出，數(shù)值模擬的基坑側(cè)壁水平位移值為32.1mm，監(jiān)測(cè)量則為35.2mm；數(shù)值模擬的基坑地表沉降豎直位移值為14.4mm，監(jiān)測(cè)量為15.7mm；數(shù)值模擬的基坑坑底土體隆起變形量31.2mm，由于在冠梁處無(wú)法測(cè)得基坑坑底土體隆起的數(shù)據(jù)變化，因此無(wú)坑底隆起監(jiān)測(cè)值。以上結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，這就驗(yàn)證了ABAQUS 有限元軟件在巖土工程中的實(shí)際應(yīng)用性，且說(shuō)明基坑的位移變化量隨著基坑開(kāi)挖過(guò)程的進(jìn)行而不斷增加，其均處于規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

（1）本文研究圍繞特定的深基坑工程開(kāi)展，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件，對(duì)基坑進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與工程基坑開(kāi)挖的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的可行性。

（2）當(dāng)基坑的深度不大時(shí)，豎向變形以坑底土體向上隆起為主。隨著基坑深度的不斷增大，側(cè)壁的水平位移變化量與地表沉降程度不斷增強(qiáng)，且相關(guān)數(shù)值并沒(méi)有超出規(guī)范的許可范圍，并且與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本保持一致。

（3）針對(duì)本工程基坑的開(kāi)挖，當(dāng)開(kāi)挖深度≯15.0m 時(shí)，基坑變形程度較小。但是當(dāng)開(kāi)挖至工況3 之后，即基坑程度超過(guò)15m 時(shí)，水平與豎直方向的位移程度變形程度逐漸增大，在施工過(guò)程中應(yīng)在此之后對(duì)基坑的變形加以關(guān)注。