ALE法分析挤土桩对既有隧道变形的影响.pdf

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1、低温建筑技术2013年第3期(总第177期)ALE法分析挤土桩对既有隧道变形的影响蒋辉，路平(1．滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室，天津300072；2．天津大学土木工程系。天津300072)【摘要】利用ABAQUS提供的一种自适应网格划分技术——ALE法建立二维有限元模型，分析挤土桩在施工过程中对已建临近隧道结构位移的影响。并对挤土桩的人土深度和不同桩与隧道净距两种情况分别进行讨论。结果表明：在挤土桩施工过程中，隧道逐渐产生隆起现象，同时产生背离桩身水平位移也逐渐增大；挤土桩与隧道的水平净距以4倍隧道直径为临界点，对隧道附加竖向位移的影响逐渐减小，而附加水平位移几乎

2、成线性减小的趋势。【关键词】ALE法；挤土桩；施工；隧道；影响【中图分类号】TU473．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864【2013)03一oo94一O3目前，在绝大部分桩基础数值模拟分析过程中，减少计算量，本研究只选择对称的一半模型进行研究。桩都是被放在预定设置的桩孔中的，因而该方法忽略2计算参数了桩的设置过程。这种分析方法，无论是单桩还是群(I)几何参数。为消除模型边界效应的影响，桩，对于挤土成孔桩(如静压混凝土桩)和取土成孔的取研究的土体范围为40mX40m，单元类型为CPE4R，桩(如钻孔灌注桩)而言便没有了任何的区别。并且挤土桩桩径d取400mm，桩

3、长L取20m，模型固定了隧目前通常所用的数值模拟方法对于挤土桩的模拟结道的竖向位置：隧道洞顶距地表为20(其中D为隧道果存在着桩端应变较大、网格高度扭曲以及边界条件外径6．0m)，桩身到隧道的水平净距分别为6、12、18不符等明显的不足之处。因此可采用ALE方法(Arbi-和24m，桩靴角度为60。，既有隧道外径6．0m，衬砌厚traryLagrangianEulerianadaptivemeshing)来处理这种0．35m，ALE划分区域为模型左侧长×宽=(3．1+d／网格高度扭曲的问题。ALE方法是ABAQUS提供的2)mx40m的区域(其中d为挤土桩桩径400mm)，

4、如一种自适应网格划分技术，如图I所示。图2所示。YZ图iALE方法模型示意图用ALE方法分析该问题的优势在于，在显式分析图2装配之后的模型示意图中，应用ALE的区域网格可以不断重新生成，便可处理网格高度扭曲等几何非线性问题(例如瞬时大变(2)强度参数。土体采用摩尔一库伦(M—c)形、贯人等)；丽在隐式分析中，该方法可以进行流体模型，密度P=1．8，弹性模量E=2MPa，泊松比=渗透／应力耦合分析。由此可见，ALE方法对挤土桩0．45，粘聚力c=10。，内摩擦角=18kPa；衬砌采用弹的分析是非常行之有效的。性模型，密度p=2．5，弹性模量E=25GPa，泊松比／x：1模型的

5、建立0．3；挤土桩采用解析刚体AnalyticalRigid，其好处是本模型采用ABAQUS有限元软件进行分析，建立无需划分单元即可控制刚体的运动；桩与土、衬砌与二维平面应变有限元弹塑性模型进行计算，分析步设土之间均设为摩擦接触，摩擦系数：0．3。为显式，旨在研究挤土桩的施工对邻近既有隧道产生3计算假定附加内力及变形的影响规律。为了便于计算分析和有限元模型都是基于一定假设条件设而建立模蒋辉等：ALE法分析挤土桩对既有隧道变形的影响型的，本研究对该模型做如下假设：①地表呈水平层首先分析桩体的施工过程(即桩体打入深度增加状分布，土体为同一土层且为各向同性，土体视为弹的过程)对于

6、隧道的竖向变形的影响。如图4所示，塑性材料，而衬砌变形和受力均在弹性范围内；②不在桩身穿越前隧道以下沉为主，并且各节点位移基本考虑隧道开挖过程，即初始模型中既有隧道已经存一致。而穿越过程中及穿越后隧道的竖向变形逐渐在，其初始位移为0；③装配式衬砌按整体结构计算，表现为上浮，而且在桩身竖向穿越隧道期间，隧道竖对衬砌刚度进行折减，折减量为1／4；④不考虑重力场向上浮变形的增长幅度(约占总变形的70％)和速率的影响，因为对于这种准静态分析，因质量改变而产都较大。生的影响微乎其微；⑤不考虑地下水的渗透作用，即不考虑土体的固结和蠕变作用，边界均为不透水边界。4工况分析为研究不同因素对

7、既有隧道内力和变形的影响规律，共进行了4组计算工况，具体见表1。⋯警+节点23ll1(上左下)／／j‘／，：r／—H侣表1工况组合情况图4隧道衬砌附加竖向位移随沉桩深度的变化。『秣匠崩曩莲鼹耙捌j筠l对于隧道的水平向变形，一随着*打景嫠桩露过靶程翼}毽的进行其水平位移逐渐增大，且表现为正值，说明桩对隧道产舳∞柏加O加柏O￡0j9O西0300寸O生了一定的挤压。其中在桩身竖向穿越隧道期间，隧道水平向变形的增长幅度(约占总变形的50％)和速该4种工况主要以挤土桩的人土深度和挤土桩到率都较大，见图5。因此设计施工时需要特