基于ABAQUS 數值模擬下的錨桿支護結構分析研究

河北工程大學 土木工程學院，河北 邯鄲 056038

1 引言

基坑工程作為巖土工程中的核心組成部分，其屬于涉及多個方面的綜合性工程［1］。據不完全的統計分析，造成基坑工程事故發生的最主要原因，是設計、施工不當造成的。

本文通過采用ABAQUS 軟件，根據數值模擬分析計算的相關結果，與工程現場的監測數據進行對比，進行論證分析，為后期類似工程提供參考依據。

2 ABAQUS 數值模型的建立

2.1 工程概況

本工程基坑深度約為27.0m，形式為支護樁＋預應力錨索支護結構。選擇鉆孔灌注結構，其樁體長度設計為40.0m，樁體直徑設計為1000mm，樁距設計為1.5m，嵌固深度設計為13.0m，樁體頂端設計冠梁，在樁體通身設置加強筋、箍筋等。另外在基坑深度范圍內共設計了錨索十一道，錨索和錨索之間都有腰梁［2］。

在此，為簡要表明基坑變形規律，只選其中5 道錨索進行分析。施加位置分別在-3.3m、-6.8m、-13.8m、-17.4m 以及-24.3m 處。錨桿角度均為15°。

2.2 工程材料參數

2.3 數值模型的建立

本文選用Mohr-Coulomb 模型［3］。

表1 土層物理力學參數

表2 結構材料參數

模型寬度與高度分別為100m、100m。劃分的網格數目為3935 個，各個單元均屬于平面應變單元（CPE4R），如圖1。邊界條件為：水平約束施加于兩側，底部有水平、豎直約束。

假設條件：

（1）假定土體類型為彈塑性體；

（2）采用樁錨支護結構，并對錨桿提前施加預應力。假定該支護結構為完全彈性體。

圖1 有限元模型圖

3 計算結果與分析

匯總基坑開挖變形位移的模擬值以及實際監測數據，cx1～cx9 分別為九個監測點，如圖2 至圖4 所示。

圖2 基坑開挖后的水平位移曲線圖

圖3 基坑開挖后的地表沉降曲線圖

圖4 基坑開挖后的坑底隆起曲線圖

由圖得出，數值模擬的基坑側壁水平位移值為32.1mm，監測量則為35.2mm；數值模擬的基坑地表沉降豎直位移值為14.4mm，監測量為15.7mm；數值模擬的基坑坑底土體隆起變形量31.2mm，由于在冠梁處無法測得基坑坑底土體隆起的數據變化，因此無坑底隆起監測值。以上結果與監測數據基本吻合，這就驗證了ABAQUS 有限元軟件在巖土工程中的實際應用性，且說明基坑的位移變化量隨著基坑開挖過程的進行而不斷增加，其均處于規范允許的范圍內。

4 結論

（1）本文研究圍繞特定的深基坑工程開展，運用ABAQUS有限元軟件，對基坑進行了數值模擬，并將模擬結果與工程基坑開挖的監測數據進行比較分析，驗證了數值模擬結果的可行性。

（2）當基坑的深度不大時，豎向變形以坑底土體向上隆起為主。隨著基坑深度的不斷增大，側壁的水平位移變化量與地表沉降程度不斷增強，且相關數值并沒有超出規范的許可范圍，并且與實際監測數據基本保持一致。

（3）針對本工程基坑的開挖，當開挖深度≯15.0m 時，基坑變形程度較小。但是當開挖至工況3 之后，即基坑程度超過15m 時，水平與豎直方向的位移程度變形程度逐漸增大，在施工過程中應在此之后對基坑的變形加以關注。