土體彈性模量在基坑工程有限元計算中的應用研究

李圃林

摘要：指出了有限元計算分析在基坑工程中的運用已經較為普遍，但其彈性模量的取值卻比較困難。通過已建彈性模量模型，結合天津地區的區域地質特征及基坑工程開挖缷荷的特點，利用有限元軟件，對天津某深基坑進行了基坑開挖有限元計算分析，計算所得變形值與監測變形值進行了比對，吻合程度很好，取得了較好的效果。

關鍵詞：彈性模量；基坑工程；有限元計算

中圖分類號：TU431文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）10023703

1引言

目前國內基坑工程的設計多采用有限元的計算分析方法，根據大型的商業有限元軟件，通過二維或是三維有限元模型的建立，進行相應的計算，對基坑穩定性分析及環境評價。計算中土體的常規參數可以通過土工試驗很容易取得，而彈性模量的取得卻受試驗方法不同、試驗周期漫長的影響而較為困難，許多情況下工程設計人員在無試驗值的情況下，都根據已有工程計算經驗給出經驗值進行試算，這大大增加了計算結果的不可預知性。

對于有限元計算中彈性模量參數的取值，一些學者進行了相應的研究。姚愛國，湯鳳林，Smith I M[1]通過對基坑樁錨支護常用設計方法的分析，根據某工程的彈塑性有限元模擬計算， 得出了影響支護結構位移的主要因素是土體的彈性模量而不是結構的彈性模量結論；莫時雄等人[2]以深圳某深基坑工程為研究對象， 借助加權殘值法和彈塑性有限元分析軟件， 計算該基坑在各工況下的變形，結果與實測值基本吻合。同時重點研究了土層參數變化對基坑開挖過程中水平位移和地表沉降的影響規律：土體的彈性模量、粘聚力、內摩擦角對基坑的水平位移和沉降影響較明顯。吳子超、楊雪強[3]利用有限元分析法，合理選取不同土的彈性模量值，并且分析了對地基基礎的影響；洪家寶等人[4]研究了土體參數取值對排樁位移程度的影響，土體彈性模量和泊松比對排樁位移影響較大， 在其他參數不變的情況下， 排樁位移隨土體彈性模量增大而減小， 隨土體泊松比的增大而增大。

本文結合區域地質特點及基坑工程特點，利用已建土體彈性模量模型，對天津某基坑開挖支護進行計算分析。

2彈性模量及模型

2.1彈性模量

土體的應力應變關系呈現為復雜的彈塑性本構關系， 土體在荷載作用下產生的應變既有塑性的， 也有彈性的。要想獲得土體真實的彈性模量，需對土體的荷載條件進行深入的分析，將真實荷載施加于土體之上，通過試驗取得較為真實的彈性模量，但試驗周期較長，因而取值較難。

2.2彈性模量經驗模型

筆者通過對已有參數統計分析，歸納總結出彈性模量與土的泊松比及孔隙比相關，同時通過相應常規物理力學參數對其進行修正，建立了土體常規參數與該模量的對應關系，大大方便了有限元計算參數的取用。

4結語

（1）通過對土體彈性模量及常規物理力學指標的統計分析，建立了彈性模型經驗模型E=K×Es。

（2）模型建立后，利用天津某深基坑進行有限元試算，計算所得變形曲線與監測變形曲線可以達到很高程度的吻合，模型的可利用性得到驗證。

（3）通過該有限元彈性模量的經驗模型，可以輕松地從土體的常規物理力學試驗獲取參數并計算出其值，為彈性模量的獲得提供了新方法，進而大大方便了有限元計算。

參考文獻：

[1]姚愛國，湯鳳林.Smith I M：基坑支護結構設計方法討論[J].工業建筑，2001（3）.

[2]莫時雄，王杰光，李瑞雄.土層參數變化對深基坑變形的敏感性及其規律[J].桂林工學院學報，2008（4）.

[3]吳子超，楊雪強.ANSYS用于模擬上部結構與地基基礎作用中土的彈性模量的影響[J].廣東建材，2009（7）.

[4]洪家寶，劉嘉，鄭克亞，等.水平荷載作用下排樁受力變形影響因素分析[J].水利與建筑工程學報，2011（2）.endprint

摘要：指出了有限元計算分析在基坑工程中的運用已經較為普遍，但其彈性模量的取值卻比較困難。通過已建彈性模量模型，結合天津地區的區域地質特征及基坑工程開挖缷荷的特點，利用有限元軟件，對天津某深基坑進行了基坑開挖有限元計算分析，計算所得變形值與監測變形值進行了比對，吻合程度很好，取得了較好的效果。

關鍵詞：彈性模量；基坑工程；有限元計算

中圖分類號：TU431文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）10023703

1引言

目前國內基坑工程的設計多采用有限元的計算分析方法，根據大型的商業有限元軟件，通過二維或是三維有限元模型的建立，進行相應的計算，對基坑穩定性分析及環境評價。計算中土體的常規參數可以通過土工試驗很容易取得，而彈性模量的取得卻受試驗方法不同、試驗周期漫長的影響而較為困難，許多情況下工程設計人員在無試驗值的情況下，都根據已有工程計算經驗給出經驗值進行試算，這大大增加了計算結果的不可預知性。

對于有限元計算中彈性模量參數的取值，一些學者進行了相應的研究。姚愛國，湯鳳林，Smith I M[1]通過對基坑樁錨支護常用設計方法的分析，根據某工程的彈塑性有限元模擬計算， 得出了影響支護結構位移的主要因素是土體的彈性模量而不是結構的彈性模量結論；莫時雄等人[2]以深圳某深基坑工程為研究對象， 借助加權殘值法和彈塑性有限元分析軟件， 計算該基坑在各工況下的變形，結果與實測值基本吻合。同時重點研究了土層參數變化對基坑開挖過程中水平位移和地表沉降的影響規律：土體的彈性模量、粘聚力、內摩擦角對基坑的水平位移和沉降影響較明顯。吳子超、楊雪強[3]利用有限元分析法，合理選取不同土的彈性模量值，并且分析了對地基基礎的影響；洪家寶等人[4]研究了土體參數取值對排樁位移程度的影響，土體彈性模量和泊松比對排樁位移影響較大， 在其他參數不變的情況下， 排樁位移隨土體彈性模量增大而減小， 隨土體泊松比的增大而增大。

本文結合區域地質特點及基坑工程特點，利用已建土體彈性模量模型，對天津某基坑開挖支護進行計算分析。

2彈性模量及模型

2.1彈性模量

土體的應力應變關系呈現為復雜的彈塑性本構關系， 土體在荷載作用下產生的應變既有塑性的， 也有彈性的。要想獲得土體真實的彈性模量，需對土體的荷載條件進行深入的分析，將真實荷載施加于土體之上，通過試驗取得較為真實的彈性模量，但試驗周期較長，因而取值較難。

2.2彈性模量經驗模型

筆者通過對已有參數統計分析，歸納總結出彈性模量與土的泊松比及孔隙比相關，同時通過相應常規物理力學參數對其進行修正，建立了土體常規參數與該模量的對應關系，大大方便了有限元計算參數的取用。

4結語

（1）通過對土體彈性模量及常規物理力學指標的統計分析，建立了彈性模型經驗模型E=K×Es。

（2）模型建立后，利用天津某深基坑進行有限元試算，計算所得變形曲線與監測變形曲線可以達到很高程度的吻合，模型的可利用性得到驗證。

（3）通過該有限元彈性模量的經驗模型，可以輕松地從土體的常規物理力學試驗獲取參數并計算出其值，為彈性模量的獲得提供了新方法，進而大大方便了有限元計算。

參考文獻：

[1]姚愛國，湯鳳林.Smith I M：基坑支護結構設計方法討論[J].工業建筑，2001（3）.

[2]莫時雄，王杰光，李瑞雄.土層參數變化對深基坑變形的敏感性及其規律[J].桂林工學院學報，2008（4）.

[3]吳子超，楊雪強.ANSYS用于模擬上部結構與地基基礎作用中土的彈性模量的影響[J].廣東建材，2009（7）.

[4]洪家寶，劉嘉，鄭克亞，等.水平荷載作用下排樁受力變形影響因素分析[J].水利與建筑工程學報，2011（2）.endprint

摘要：指出了有限元計算分析在基坑工程中的運用已經較為普遍，但其彈性模量的取值卻比較困難。通過已建彈性模量模型，結合天津地區的區域地質特征及基坑工程開挖缷荷的特點，利用有限元軟件，對天津某深基坑進行了基坑開挖有限元計算分析，計算所得變形值與監測變形值進行了比對，吻合程度很好，取得了較好的效果。

關鍵詞：彈性模量；基坑工程；有限元計算

中圖分類號：TU431文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）10023703

1引言

目前國內基坑工程的設計多采用有限元的計算分析方法，根據大型的商業有限元軟件，通過二維或是三維有限元模型的建立，進行相應的計算，對基坑穩定性分析及環境評價。計算中土體的常規參數可以通過土工試驗很容易取得，而彈性模量的取得卻受試驗方法不同、試驗周期漫長的影響而較為困難，許多情況下工程設計人員在無試驗值的情況下，都根據已有工程計算經驗給出經驗值進行試算，這大大增加了計算結果的不可預知性。

對于有限元計算中彈性模量參數的取值，一些學者進行了相應的研究。姚愛國，湯鳳林，Smith I M[1]通過對基坑樁錨支護常用設計方法的分析，根據某工程的彈塑性有限元模擬計算， 得出了影響支護結構位移的主要因素是土體的彈性模量而不是結構的彈性模量結論；莫時雄等人[2]以深圳某深基坑工程為研究對象， 借助加權殘值法和彈塑性有限元分析軟件， 計算該基坑在各工況下的變形，結果與實測值基本吻合。同時重點研究了土層參數變化對基坑開挖過程中水平位移和地表沉降的影響規律：土體的彈性模量、粘聚力、內摩擦角對基坑的水平位移和沉降影響較明顯。吳子超、楊雪強[3]利用有限元分析法，合理選取不同土的彈性模量值，并且分析了對地基基礎的影響；洪家寶等人[4]研究了土體參數取值對排樁位移程度的影響，土體彈性模量和泊松比對排樁位移影響較大， 在其他參數不變的情況下， 排樁位移隨土體彈性模量增大而減小， 隨土體泊松比的增大而增大。

本文結合區域地質特點及基坑工程特點，利用已建土體彈性模量模型，對天津某基坑開挖支護進行計算分析。

2彈性模量及模型

2.1彈性模量

土體的應力應變關系呈現為復雜的彈塑性本構關系， 土體在荷載作用下產生的應變既有塑性的， 也有彈性的。要想獲得土體真實的彈性模量，需對土體的荷載條件進行深入的分析，將真實荷載施加于土體之上，通過試驗取得較為真實的彈性模量，但試驗周期較長，因而取值較難。

2.2彈性模量經驗模型

筆者通過對已有參數統計分析，歸納總結出彈性模量與土的泊松比及孔隙比相關，同時通過相應常規物理力學參數對其進行修正，建立了土體常規參數與該模量的對應關系，大大方便了有限元計算參數的取用。

4結語

（1）通過對土體彈性模量及常規物理力學指標的統計分析，建立了彈性模型經驗模型E=K×Es。

（2）模型建立后，利用天津某深基坑進行有限元試算，計算所得變形曲線與監測變形曲線可以達到很高程度的吻合，模型的可利用性得到驗證。

（3）通過該有限元彈性模量的經驗模型，可以輕松地從土體的常規物理力學試驗獲取參數并計算出其值，為彈性模量的獲得提供了新方法，進而大大方便了有限元計算。

參考文獻：

[1]姚愛國，湯鳳林.Smith I M：基坑支護結構設計方法討論[J].工業建筑，2001（3）.

[2]莫時雄，王杰光，李瑞雄.土層參數變化對深基坑變形的敏感性及其規律[J].桂林工學院學報，2008（4）.

[3]吳子超，楊雪強.ANSYS用于模擬上部結構與地基基礎作用中土的彈性模量的影響[J].廣東建材，2009（7）.

[4]洪家寶，劉嘉，鄭克亞，等.水平荷載作用下排樁受力變形影響因素分析[J].水利與建筑工程學報，2011（2）.endprint