基坑邊坡支護穩定性及有限元基本問題淺析

金 偉 費正耀

（貴州中建建筑科研設計院有限公司， 貴州 貴陽 550001）

0 引言

以基坑開挖工作作為文章的切入點，重點分析了基坑邊坡穩定性及支護方式的選擇，并且對有限元法進行了具體應用。

1 基坑開挖工作以及支護方式的相關概述

通過對有關的資料進行分析，我們可以知道，在建筑施工項目進行的過程中，基坑開挖工作在其中占有十分重要的位置，基坑開挖工作是基礎施工工作的一部分，因此，一直以來都受到了有關人員的廣泛關注。一般情況下，影響基坑開挖工作效率的因素有很多，其中，施工現場的實際情況、施工方案的選擇等等都會在一定程度上影響基坑開挖工作的效率。在這種情況下，選擇合適的支護方式對施工效率的提升有非常重要的影響。現階段，影響施工項目進度的最關鍵的一個因素就是支護方式的選擇，合理的對支護手段進行確定對施工進度的提升十分關鍵。不同的學者都對支護方式的選擇進行了研究，例如：李青青學者等人對建筑物的施工進度進行了分析，探究了建筑物的形狀對基坑變形程度的影響，并且結合了支護結構的位移展開了論述，具有一定的實際意義。由于基坑支護結構十分復雜，因此，在選擇支護方式時需要考慮多種因素，選擇有限元的方法可以降低計算的復雜性。

2 工程概況

為了更好的探究基坑邊坡支護的選擇，我們以某項目作為本次的研究實例，從工程項目的現場情況以及地質條件等兩個角度對其進行了論述。

2.1 工程現場狀況

該項目建筑面積約為74000m2，基坑深度為9m。受周圍條件限制，有部分放坡空間，可采用1:0.5 坡率進行開挖放坡。坡頂為臨時施工便道，過往載土施工車輛。

2.2 工程地質條件

根據基坑邊坡勘察資料，場地主要為素填土及可塑粉質黏土，上覆素填土平均厚度約1m，可塑粉質粘土厚9～10m，下伏中風化泥巖，地基處的土質分布較均勻。素填土重度r=16.7kN/m3，粘聚力c=12kpa,內摩擦角φ=10°，可塑粉質粘土重度r=21.0kN/m3粘聚力c=42kpa,內摩擦角φ=10°。

3 基坑邊坡穩定性分析

通過簡化bishop 法對該基坑邊坡穩定性進行分析,穩定系數Fs=1.23，滿足穩定性要求。但該邊坡為土質邊坡，降水對土體力學參數的影響較大，且場地施工條件較復雜，坡頂受臨時施工道路影響荷載較大，故考慮上述兩種不利因素，折減力學參數，取可塑粉質粘土重度r=21.0kN/m3粘聚力c=35kpa,內摩擦角φ=8°，重新計算穩定性Fs=1.02，為欠穩定狀態。

4 錨拉支護在基坑邊坡支護中的計算

4.1 錨拉支護中錨索自由段長度的確定

選擇錨拉支護的方式時需要對錨桿（索）自由段的長度進行一定量的確定，一般情況下，要按照有關的公式對其進行計算，我們對有關的資料進行了分析，可以得出下列的結論：影響錨桿（索）自由段長度的因素主要有兩種，這兩種因素分別是滑動面的實際距離以及錨桿（索）在土體中的入射角度。具體的計算公式如下所示，

式中： ls——錨桿非錨固段長度（m）

a——錨桿傾角（°）

a1——錨桿的錨頭中點至基坑底面的距離（°）

a2——基坑底面至基坑外側主動土壓力強度與基坑內側被動土壓力強度等值點O 的距離（m）；對成層土，當存在多個等值點時應按其中最深的等值點計算；

d ——擋土構件的水平尺寸（m）

jm——O 點以上各土層按厚度加權的等效內摩擦角（°）。

4.2 錨拉支護下錨索錨固段長度的確定

與錨拉支護下拉桿自由段長度的確定相同，錨固段長度的確定也需要進行公式的計算，具體的計算公式如下所示：

d ——錨桿的錨固直徑（m）

li——錨桿的錨固段在第i 層土中的長度（m）

qsk——錨固段與第i 層土的極限粘結強度標準值（kpa）

5 有限元基本問題分析

5.1 有限元法概述

現階段，工程項目在進行的過程中使用有限元的方式對支護方式進行確定十分的常見，最近幾年來使用最廣泛的有限元的方式為ABAQUS 有限元法。最經典的方法為“強度折減法”。也就是說，通過折減模型材料的粘聚力和摩擦角，觀察模型的塑性區發展和剪切變形程度。

5.2 有限元法特點

應用此種方式進行計算時，需要考慮四個關鍵的特點，這四個特點分別是：（1）要降低支護結構以及排水體系對土壤結構的影響，建筑物在修筑的過程中，周圍土質的情況對建筑物質量的影響程度較大，因此，選擇支護方式時要注重對土質結構的保護；（2）要嚴格的按照有關公式的計算確定剪脹角的度數，沒有特殊要求的情況下，要將剪脹角的度數限制在零左右，以此來提高精準程度；（3）有限元模擬方式的選擇也非常的重要，現階段，使用最廣泛的有限元模擬方式是三維有限元模擬法，三維有限元模擬法對提高邊坡穩定性有非常重要的作用，但是需要特別注意的是，選擇有限元模擬方式時應該按照對稱性的工作原理；除此之外，周圍土壤結構的限制能力也應該考慮進內。在應用不同的支護方式時應該選擇不同的支護方案，支護方案的確定非常的重要，要根據施工現場的實際情況進行確定。

5.3 有限元分析確定滑動面

在應用有限元分析自然放坡時，需要對滑動面進行確定，在對滑動面進行確定時需要考慮多種因素，采用極限平衡分析的方法可以提高滑動面確定的精準程度，一般情況下，滑動面的形狀以圓弧狀為主，在確定滑動面時，我們需要應用到不同的軟件，現階段，使用最廣泛的軟件技術為 ABAQUS 軟件。

6 結束語

在計算基坑邊坡穩定性時需要考慮多種不利的因素，不僅要考慮周圍的地質情況，還需要考慮施工現場的實際情況。以工程項目為研究實例進行分析，通過采用有限元的方式對其進行了分析，選擇了錨拉支護的方式。