FLAC3D基坑计算1.doc

计算说明 1、计算方法 1）内力计算采用弹性支点法； 2）土的水平抗力系数按 M法确定； 3）主动土压力与被动土压力采用矩形分布模式； 4)采用力法分析环形内支撑内力； 5）采用理正深基坑支护结构软件 FSPW 5.2计算，计算采用单元计算与协同计算相结合，并采用FLAC-3D进行验证； 6）土层参数选取 表1 各土层参数取值表 土层号 土层名称 密度 （kN/m3） 内聚力 (kPa) 摩擦角 （度） 土层与锚固体间的粘结强度（kPa） 1 杂填土 17.5 15 14 22 2-1 粉质粘土 18.5 23 17 40 2-2 粉质粘土 19.0 23 19 45 3 粉质粘土 19.5 33 22 65 4-1 全风化灰岩 19.5 33 19 55 4-2 中风化灰岩 22.0 400 35 65 7 微风化灰岩 23.0 800 38 150 2、单元计算 1）基坑分为4个区，安全等级为一级，基坑重要性系数为 1.1； 2）荷载： 施工荷载：10kPa； 地面超载：4区活动荷载为25kPa，1区、2区和3区超载按10kPa考虑； 水压力；基坑外侧为常水位，内侧坑底以下 0.5m。 3）基坑开挖深度：根据现场地形确定，按开挖12.50m确定； 4）支撑水平刚度系数： 式中α取0.8，E取28000MPa，L取7.0m，sa取1.20m，s取7.0m，经计算，kT大于800 MN/m，本计算中，取800MN/m。 5）计算过程详见附件1，其中1区选用钻孔ZK1，2区选用钻孔ZK4，3区选用钻孔ZK16，4区选用钻孔ZK5。各区计算结果汇总如下： 表2 计算结果汇总表 区号 钻孔 最大变形量 桩最大弯矩 第二道撑最大轴力 整体稳定性系 抗倾覆安全系数 AB区 ZK1 20.17 977.38 3927 1.20 2.52 BC区 ZK4 16.41 1025.28 2868 11.604 6.331 CD区 ZK16 22.79 1090 4332 1.349 2.412 DA区 ZK5 22.93 4332 4332 1.309 2.054 3、协同计算 1）计算方法简介 协同计算采用考虑支护结构、内支撑结构及土空间整体协同作用有限元的计算方法。 有限元方程如下： （[Kn]+[Kz]+[Kt]）{W)}={F} 式中： [Kn]－内支撑结构的刚度矩阵； [Kz]－支护结构的刚度矩阵； [Kt]－开挖面以下桩侧土抗力的刚度矩阵； {W}－位移矩阵； {F}－荷载矩阵。 计算时采用如下简化计算方法： （1）将基坑周边分成几个计算区域，同一计算区域的支护信息相同，地质条件相同。 （2）将每一个桩或每单位长度的墙看成是一个超级的子结构，这一子结构包括桩墙，土，主动和被动土压力。 （3）将第三道锚索等效为弹性支承点，作为支承系统的一部份进行计算。 （4）单独求解（2)中的子结构，可采用单桩内力计算的一套方法，将刚度和荷载凝聚到与支锚的公共节点上，这是一个一维梁计算问题。 （5）单独求解内支撑系统，将（4）中所得子结构刚度，荷载迭加到内支撑系统，求解后即为最终结果，这是一个二维梁计算问题。 2）基坑模型建立：为能较好地模拟基坑开挖实际情况，在基坑建模时，严格按照基坑实际尺寸进行构建，其构件编号详见附件2图1~3。 3）由于协同计算时，软件无法考虑土体的被动土压力，因此如果按整个场地不同区段不同地层的参数进行计算，其结果会产生较大误差。为消除这种误差，本协同计算时选用钻孔ZK5作为计算依据，将整个场地的土层视为等厚土层，计算时基坑开挖深度14.80m，地面荷载按25kPa考虑。 4）按以上的简化计算原则，本协同计算结果汇于下表，其计算过程详见附件2协同计算书。 表3 协同计算结果汇总表 方位 桩的最大位移 桩的最大弯矩 围檩最大弯矩 环梁最大轴力 斜撑最大轴力 东侧 25.37 1132 3438 13982 5376 南侧 20.92 1113 3456 13838 5685 西侧 25.97 1124 3904 16045 3551 北侧 21.92 1155 3565 14183 4685 4、环梁内力力法分析 1)模型的简化 根据工程实际条件，环梁四周存在多个集中力的作用。若依据集中力来求解环梁所受弯矩在理论上是成立的，但其工作量过于庞大。加之，无现成的程序可以利用，以人工运算的方式难于完成。既使通过人工运算得一结果，也难以保证结果的正确性。因此，设计者将多个集中力的作用转换为一均布水压力作用。这是计算过程中的第一步简化，即从图1所示力学模型转化为图2所示的力学模型。二是将封闭圆环受集中力作用的力学模型转化为非封闭圆环受集中力作用的力学模型，并在圆环开口处施加固定端约束，