悬臂式基坑开挖模拟

1. 问题描述

有一开挖宽度为2mx2m的基坑，开挖深度为10m，采用悬臂式围护结构支护，墙体宽度为1m，总长20m。土体的弹性模量为66000kPa，泊比=0.2，土体重度=20kN/m3，黏聚力=0，摩擦角=30°，剪胀角=0，水平压力系数K=2。墙体弹性模量E=28GPa，泊松比v=0.15。墙与土之间的摩擦角取为30°(摩擦系数为0577)。

                                                                     图1   模型示意图

2. 模型的建立与求解

建立100mX100m的二维变形体部件，分隔开挖区域的几何形状。

                                                                    图2   建立土体表面

定义名为geo的Geostatic分析步，接受默认选项；随后建立名为remove的Static，general通用分析步，起始时间0.1，最大步长0.2，采用非对称算法。

载荷、边界条件应在initial或geo分析步就激活生效。

在geo分析步对土体加体力-20，模拟重力荷载。

                                                                    图3   设置初始应力

网格单元类型为CPE4，选择合适的网格密度。

                                                                     图4    有限元网格

处理器：i5-8700

内存：16G

计算时间：30s

软件版本：ABAQUS 2020

3. 结果分析

                                                                     图5    土体水平位移

                                                                       图6     土体竖向位移

由图可见，基坑开挖后土体向内侧移动，最大水平位移约为19cm。基坑底免隆起变形约为23cm，基坑周边土体的沉降约为3.8cm，这一边形是由于墙后填土达到了主动极限平衡状态。

                                                                        图7    墙体水平位移

由图可见，若不考虑土体的塑形，墙体的水平位移过小，和作用在墙体上的土压力有直接的关系。