基于FLAC3D有限差分软件的深基坑变形监测数据分析

基于FLAC3D有限差分软件的深基坑变形监测数据分析

张小东

广州市房地产测绘院(广州市测绘产品质量检验中心）广东广州510000

摘要:基坑工程作为一项岩土工程,其特点是很强的系统性和不确定性。为保障深基坑开挖时满足稳定性要求,文章结合基坑变形监测，探讨土体内摩擦角和内聚力对深基坑变形特性的影响规律，为基坑支护结构的设计与施工提供参考，以提高基坑工程整体施工质量。

关键词:深基坑；支护结构设计；变形监测；FLAC3D有限差分软件

深基坑作为承载建筑上部结构的部分,是一项很复杂且重要的工程,它的稳定与否直接关系到上部结构的安全。近年来,随着我国建设事业的飞速发展,基坑的规模越来越大,开挖深度越来越深,基坑周边环境越来越复杂,基坑开挖往往会引起较大的变形。因此，在深基坑开挖过程中,基坑支护结构除满足自身强度要求外,还须满足变形要求,将基坑的变形控制在允许范围之内。其中，影响基坑变形的因素有很多,根据实际工程经验以及相关资料,对基坑变形的影响因素进行分析，具有重要的现实意义。

1工程简介

1.1工程概况

某建筑工程，3层地下室以及两层地下车库组成，基坑宽105.6m，长153.75m，坑底标高为-10.8～-17m(±0.00=1891.30m)。该基坑工程采用钻孔桩加应力锚索结合内支撑的联合支护形式，部分地段桩顶以上自然放坡(喷射混凝土支护)或者竖向钢管+土钉支护；工程北面采用双排搅拌桩截水帷幕方案+旋(摆)喷桩。搅拌桩直径为600mm，桩距为400mm。

1.2水文地质条件

拟建场地主要分布第四系人工堆积(Qml)人工填土、第四系冲洪积(Qal+pl)黏土，第四系冲湖积(Qal+l)黏土、粉土及淤泥质黏土等。地下水埋深0.60～1.20m，标高介于1888.14～1888.74m，具有统一的地下水面。场地主要含水层人工填土①层、圆砾④、⑥层均为强透水层，与场地周围的地层间有较为密切的水力联系。

1.3基坑监测

该基坑工程主要监测项目包括基坑顶竖向和水平位移、深层土体水平位移，支撑轴力、地下水位等。本文主要讨论土体参数(既内摩擦角和内聚力)变化对基坑顶水平和竖向位移的影响。水平位移采用小角度法进行测量，竖向位移通过二等水准测量进行，坑顶水平和竖向位移监测点布置如图1所示。

图1基坑水平和竖向位移监测点布置图

2数值模拟

2.1几何模型

根据科技大厦基坑工程的实际尺寸建立几何模型，为便于网格的划分，取基坑的平面尺寸为150m×110m。为尽量减小数值模型中，边界条件对分析区域的影响，土体尺寸取各基坑边向外扩展20m，即几何模型总体尺寸为190m×150m。由于基坑开挖之前，进行了降水处理，坑内水位需低于基坑底标高，坑外靠近围护结构部分的地下水由于水头损失，水位也相对较低。因此，本次数值模拟暂不考虑地下水的影响。

2.2土体参数

本次数值模拟土体参数采用基坑开挖范围内分布较广的黏土层相关参数，如表1所示。

表1土体参数表

图2水平位移变形结果对比

图5内摩擦角增大引起的竖向位移变化

由图4可以看到，随着内摩擦角的逐渐变大，基坑长边中点，即JK05和JK22的水平位移逐渐减少，当内摩擦角增大40%时(φ=16.8o)，水平位移最小。随着内摩擦角的继续增大，水平位移随之逐渐增大。基坑短边中点，即JK13和JK31随着内摩擦角的改变，水平位移变化趋势和长边类似，但是由于短边土体受长边土体侧向约束明显，故变化量值相对较小。由图5可以看出，基坑长边和短边中点监测点在基坑开挖的过程中，竖向位移差距不大。但随着内摩擦角的增大，各点竖向位移有所减少，当内摩擦角增大20%时(φ=14.4o)，各点竖向位移最小。随着内摩擦角继续增大(≥40%)，竖向位移会发生陡增。

3.2内聚力对变形结果的影响

利用上述数值模型，仅改变土体内聚力，逐次提高10%、20%。分析当土体内聚力变化时，基坑各边中点监测点的水平和竖向位移变化情况，结果如图6、图7所示

图7内聚力增大引起的竖向位移变化

由图6可以看到，随着内聚力的逐渐变大，基坑长边中点，即JK05和JK22的水平位移逐渐减少，当内聚力增大20%时(c=48kPa)，水平位移最小。随着内摩擦角的继续增大，水平位移随之逐渐增大。基坑短边中点，即JK13和JK31随着内聚力的增加，水平位移逐渐减少，当内聚力增大40%时(c=56kPa)，水平位移最小。由图7可以看出，基坑长边和短边中点监测点在基坑开挖的过程中，竖向位移差距不大。但随着内聚力的增大，各点竖向位移有所减少，当内聚力增大40%时(c=56kPa)，各点竖向位移最小。随着内摩擦角继续增大(≥60%)，竖向位移会发生陡增。

4结论

总之，深基坑工程问题是非常复杂的岩土工程问题。深基坑变形危害大，影响因素众多。相关的施工技术人员有必要加强深基坑工程变形监测工作，通过运行专业的仪器和各种方法对深基坑变形进行监测与研究分析，在实际施工中控制各种因素指导基坑开挖,避免施工过程中产生安全事故,确保深基坑工程的质量安全。

参考文献：

[1]贾淑玲.深基坑变形多维度预测研究[J].郑州铁路职业技术学院学报,2015(2):20-23.

[2]孙学聪.深基坑变形监测及变形预测研究[D].长安大学,2015.