Midas地鐵基坑模擬計(jì)算總結(jié)

Midas地鐵基坑模擬計(jì)算（2023年第一版）

Midas地鐵基坑圍巖模擬計(jì)算

2023年n月23日

目錄

第1章基礎(chǔ)知識(shí)1

1.1軟件介紹1

1.1.1軟件相關(guān)1

1.1.2評(píng)價(jià)相關(guān)2

1.2相關(guān)概念4

1.2.1施工概念4

1.2.2軟件概念7

1.3施工基礎(chǔ)11

1.3.1地鐵基坑常見事故類型11

1.3.2地鐵基坑施工方法11

1.3.3基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式12

1.3.4維護(hù)結(jié)構(gòu)施工15

第2章參數(shù)設(shè)置16

2.1本構(gòu)選取16

2.2彈性模量（EX泊松比（V）16

2.3粘聚力（c\內(nèi)摩擦角（①）18

2.4地下水參數(shù)19

2.5修正摩爾-庫倫模型非線性參數(shù)20

第3章建模及劃分網(wǎng)格22

3.1模型簡化22

3.2模型尺寸22

3.3CAD畫圖23

3.4建模25

3.4.1常見建模方法25

3.4.2梁單元25

3.5網(wǎng)格劃分26

第4章模擬計(jì)算29

4.1施工階E殿置29

4.2模擬計(jì)算32

4.3報(bào)錯(cuò)分析35

第5章后處理及案例37

5.1后處理目的37

5.2控制標(biāo)準(zhǔn)37

5.3后處理內(nèi)容42

5.4地鐵基坑模擬計(jì)案例45

5.4.1車站概況45

5.4.2計(jì)算模型與計(jì)算條件46

5.421計(jì)算模型46

5A2.2邊界條件和計(jì)算參數(shù)46

5.4.23計(jì)算工況48

5.4.3模擬結(jié)果分析49

附件55

附件1地鐵基坑施工步驟圖55

附件2后處理結(jié)果說明59

第1章基礎(chǔ)知識(shí)

1.1軟件介紹

1.1.1軟件相關(guān)

1、MidasGTSNX

巖土通用有限元分析軟件MidasGTSNX是一款針對(duì)巖土領(lǐng)域研發(fā)的通用有限元分

析軟件，支持靜力分析、動(dòng)力分析、滲流分析、應(yīng)力■滲流耦合分析、固結(jié)分析、施工階段

分析、邊坡穩(wěn)定分析等多種分析類型。適用于地鐵、隧道、邊坡、基坑、樁基、水工、礦

山等各種實(shí)際工程的準(zhǔn)確建模與分析，并提供了多種專業(yè)化建模助手和數(shù)據(jù)庫。

該軟件主要適用于計(jì)算地質(zhì)材料在荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)。材料通過單元和區(qū)域表示,

根據(jù)計(jì)算對(duì)象的形狀構(gòu)成相應(yīng)的網(wǎng)格。每個(gè)單元在外載和邊界約束條件下，按照約定的線

性或非線性應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系產(chǎn)生力學(xué)響應(yīng)。

該軟件基本思想是拉格朗日元法，其遵循連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)，按時(shí)步積分求解，隨著構(gòu)

型的變化不斷更新坐標(biāo)，允許介質(zhì)有大變形。同時(shí)將動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程應(yīng)用于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，

在進(jìn)行連續(xù)介質(zhì)靜力分析時(shí)計(jì)算控制方程中的荷載平衡方程，由表示運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量平衡方程

來代替，即外力作用下的物體，如果其運(yùn)動(dòng)加速度為零，則該物體處于運(yùn)動(dòng)平衡狀態(tài)，此

時(shí)動(dòng)量平衡方程所對(duì)應(yīng)的解為系統(tǒng)的靜力解。

圖1.1.1-1Midasgtsnx操作界面

2、模擬計(jì)算基本步驟

首先了解項(xiàng)目概況和施工方法一畫圖一選擇本構(gòu)和土層參數(shù)一建模一劃分網(wǎng)格一施

工階段設(shè)置一模擬計(jì)算一后處理分析（發(fā)現(xiàn)結(jié)果錯(cuò)誤重復(fù)前面步驟\

3、電腦配置要求

CPU-176核及以上，CPU核心和線程數(shù)量影響計(jì)算時(shí)間。內(nèi)存-16G及以上，內(nèi)存

過小，建模過程會(huì)出現(xiàn)卡頓。另外電腦配置過低，高負(fù)荷運(yùn)作會(huì)影響電腦使用壽命，可能

導(dǎo)致電源故障或其他故障。

4、如何學(xué)習(xí)

此次培訓(xùn)主要是入門級(jí)培訓(xùn)，因?yàn)楹枚嗳藢?duì)軟件、施工方法、模擬計(jì)算過程、參數(shù)取

值、后處理要分析哪些內(nèi)容還不了解，直接進(jìn)行軟件實(shí)操講解沒有多大意義。模擬計(jì)算建

模是最容易的部分，軟件入門容易。做好模擬計(jì)算關(guān)鍵是知道如何建模和計(jì)算后要分析哪

些內(nèi)容。模型不能過度簡化，模擬施工階段不能和實(shí)際不符(完全一致也做不到I

要想學(xué)好該軟件，不是一蹴而就的事。有相關(guān)軟件基礎(chǔ)的，大概1個(gè)月左右能初步掌

握，沒有軟件基礎(chǔ)的，可能需要2?3個(gè)月時(shí)間或更長時(shí)間才能初步掌握。要想深入研究，

需要接觸比較多的工程實(shí)例，這個(gè)過程就更漫長，因?yàn)楣镜挠?jì)算項(xiàng)目不是太多，計(jì)算類

型多樣，時(shí)間要求短，公司同期還有其他項(xiàng)目開展，種種原因會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)中斷，半途而廢。

軟件學(xué)習(xí)過程就是不斷解決遇到問題的過程，如果遇到問題不解決，水平就不會(huì)提高。

解決問題需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力，有時(shí)候一個(gè)計(jì)算需要重復(fù)計(jì)算十幾次，如果網(wǎng)格劃分

過多，一次計(jì)算就需要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)以上。計(jì)算報(bào)錯(cuò)，就需要查找問題，從建模、網(wǎng)格、

參數(shù)、施工階段等各方面找問題求正。初學(xué)者都會(huì)遇到，問題無法解決的時(shí)候會(huì)有放棄學(xué)

習(xí)的想法。

這里我把我計(jì)算過程的詳細(xì)步驟和計(jì)算過程遇到的問題進(jìn)行詳細(xì)講解，大家遇到同樣

問題可以少走彎路，不然只講怎么操作大家記不住，在操作過程中還會(huì)遇到很多問題不知

道如何解決。

初學(xué)者一開始計(jì)算實(shí)操可以根據(jù)視頻教程跟隨學(xué)，一步一步來模擬，模擬過程比較耗

時(shí)，我這邊也沒辦法一步一步來教。下面教程里有很好的講解，大家可以觀看學(xué)習(xí)和操作。

(1)網(wǎng)盤視頻教程資料：鏈接：/s/100I3BCFFMGozX2-

czRJUFw?pwd=iw7u提取碼：iw7uo

(2)網(wǎng)站教程

嘩哩嘩哩邁達(dá)斯官方網(wǎng)站：/453895989o

仿真秀：/o

(3)軟件自帶幫助

點(diǎn)擊軟件右上角〃號(hào)按鈕，即可打開幫助界面。

1.1.2評(píng)價(jià)相關(guān)

1、評(píng)價(jià)依據(jù)

主要依據(jù)《城市軌道交通安全預(yù)評(píng)價(jià)細(xì)則》(AQ8004-2007),要求對(duì)地下車站及區(qū)

間進(jìn)行定性數(shù)值模擬分析評(píng)價(jià)。

2、公司安全評(píng)價(jià)過往

咱們公司2012年開始開展城市軌道交通安全評(píng)價(jià)工作，這10來年是城市軌道交通

快速發(fā)展的時(shí)期，目前，城市軌道交通項(xiàng)目在逐步減少，投資及運(yùn)營成本太高，主要靠財(cái)

政補(bǔ)貼，好多城市快無法運(yùn)營下去。北京這段時(shí)間新聞?wù)f運(yùn)營成本平均運(yùn)營成本14元，

可能也要漲價(jià)。

一開始是請(qǐng)外援來做這個(gè)模擬計(jì)算，后來公司有同事逐步學(xué)會(huì)了這個(gè)計(jì)算。一開始用

的是FLC3D軟件，這個(gè)軟件是通過類似編程語言來建暝，建復(fù)雜模型和施工過程很困難。

2022年初，公司決定使用Midas軟件，這兩個(gè)軟件計(jì)算流程和原理是一樣的，但Midas

入手更容易些。有限元軟件計(jì)算流程都差不多，學(xué)過其他軟件再學(xué)這個(gè)軟件會(huì)更加容易些。

目前大學(xué)院校和設(shè)計(jì)單位都在使用有限元數(shù)值模擬計(jì)算軟件進(jìn)行模擬分析教學(xué)和工

程設(shè)計(jì)。有限元數(shù)值模擬計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域也越來越多。除了地鐵項(xiàng)目，最近3年，我們公司

在涉油氣管道、棄土場、涉高壓電塔、鄰近建構(gòu)筑物，下穿高速公路（鐵路）橋梁等項(xiàng)目

中都有實(shí)例應(yīng)用。

3、定性分析

雖然我們把這個(gè)模擬叫定量計(jì)算，但其實(shí)這個(gè)模擬計(jì)算是定性分析，因?yàn)槟M計(jì)算不

能得到一個(gè)準(zhǔn)確的結(jié)果，其計(jì)算過程涉及參數(shù)取值用的是建議值，土工試驗(yàn)參數(shù)和地下巖

士實(shí)際參數(shù)有誤差（現(xiàn)場巖土勘察取芯有擾動(dòng)、造假，好多實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)造假）；建模簡化不

能完全模擬真實(shí)情況。

目前巖土領(lǐng)域數(shù)值模擬計(jì)算只能通過與實(shí)際工程相結(jié)合才能得到一個(gè)近似的結(jié)果，模

型需要根據(jù)實(shí)際監(jiān)測值調(diào)整參數(shù)，模擬計(jì)算結(jié)果不能和實(shí)際沉降差距過大，模擬計(jì)算過程

需要試算幾次，使得模擬計(jì)算沉降變形和實(shí)際變形相吻合。

但實(shí)際工程監(jiān)測值好多設(shè)計(jì)院沒有或提供不了。因此，咱們在下評(píng)價(jià)結(jié)論時(shí)一定要把

這個(gè)結(jié)果是定性分析說明，后續(xù)要根據(jù)施工過程實(shí)際監(jiān)測結(jié)果及時(shí)采取必要的防護(hù)措施。

4、避免出現(xiàn)重大疏漏

根據(jù)應(yīng)急管理部2020年12月份下發(fā)的《關(guān)于公開征求〈關(guān)于進(jìn)一步強(qiáng)化過程監(jiān)管

提升安全評(píng)價(jià)技術(shù)服務(wù)質(zhì)量的意見（征求意見稿）＞》意見的函。

模擬計(jì)算涉及"重大疏漏情形"：四、定量計(jì)算模型設(shè)置、參數(shù)選擇、計(jì)算過程不準(zhǔn)

確，導(dǎo)致結(jié)論偏離事實(shí)的。

地鐵基坑坍塌事故往往會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和較大社會(huì)影響。模擬計(jì)算過

程，需要耐心、細(xì)心，避免粗心。做計(jì)算一定要秉持對(duì)公司負(fù)責(zé)的態(tài)度來做好這項(xiàng)工作,

避免為公司帶來監(jiān)管麻煩。

5、地鐵基坑常見模擬計(jì)算工況

（1）基坑臨近既有建構(gòu)筑物；

(2)臨近既有地鐵車站、區(qū)間；

(3)臨近高架橋梁。模型尺寸最小要求，基坑巴邊土

6、地鐵基坑模擬計(jì)算資料清單(非通用)體寬度要不小于3倍基坑深度。

(1)3倍車站基坑開挖深度范圍內(nèi)重要建構(gòu)筑物情況。/,—

(2)車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)(地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、混凝土內(nèi)支撐、鋼支撐等具體尺寸)

平立面圖。

(3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用材料參數(shù)(混凝土強(qiáng)度工

(4)內(nèi)支撐承載能力設(shè)計(jì)值。

(5)車站巖土勘察報(bào)告、附圖(地層平立面圖、柱狀圖1附表(巖土力學(xué)參數(shù)取值

建議表)

(6)當(dāng)?shù)鼗娱_挖地表沉降經(jīng)驗(yàn)值(模擬計(jì)算取值要根據(jù)實(shí)際監(jiān)測值調(diào)整參數(shù)X

1.2相關(guān)概念

1.2.1施工概念

1、深基坑

深基坑是指開挖深度超過5m(含5m),或深度雖未超過5m，但地質(zhì)條件和周圍環(huán)

境及地下管線特別復(fù)雜的工程。地鐵基坑深度在十幾米到三十幾米，均屬于深基坑。

2、地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是基礎(chǔ)工程在地面上采用一種挖槽機(jī)械，沿著深開挖工程的周邊軸線,在

泥漿護(hù)壁條件下，開挖出一條狹長的深槽，清槽后，在槽內(nèi)吊放鋼筋籠，然后用導(dǎo)管法灌

筑水下混凝土筑成一個(gè)單元槽段，如此逐段進(jìn)行，在地下筑成一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻壁，

作為截水、防滲、承重、擋水結(jié)構(gòu)。

3、鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁是指在工程現(xiàn)場通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形

成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的柱，依照成孔方法不同，灌注樁又可

分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類。

4、內(nèi)支撐

對(duì)外圍維護(hù)結(jié)構(gòu)起到支撐作用。分為混凝土內(nèi)支撐和鋼支撐。內(nèi)支撐要在下方土體開

完前施工完成。

5、格構(gòu)柱

格構(gòu)柱，截面一般為型鋼或鋼板設(shè)計(jì)成雙軸對(duì)稱或單軸對(duì)稱的截面。格構(gòu)柱用作壓彎

構(gòu)件，地鐵基坑設(shè)置格構(gòu)柱一般在抗拔樁上，起到臨時(shí)支撐作用。

6、抗拔樁

抗拔樁廣泛應(yīng)用于大型地下室抗浮、高聳建(構(gòu))筑物抗拔、海上碼頭平臺(tái)抗拔、懸索

胡和斜拉橋的錨樁基礎(chǔ)、大型船塢底板的樁基礎(chǔ)和靜荷載試樁中的錨樁基礎(chǔ)等。指當(dāng)建筑

工程地下結(jié)構(gòu)如果有在低于周邊土壤水位的部分時(shí)，為了抵消土壤中水對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的上浮

力而打的樁。

7、冠梁、腰梁

設(shè)置在基坑周邊支護(hù)（圍護(hù)）結(jié)構(gòu)（多為樁和墻）頂部的鋼筋混凝土連續(xù)梁。其作用

其一是把所有的樁基連到一起（如鉆孔灌注樁，旋挖灌注樁等），防止基坑（豎井）頂部邊

緣產(chǎn)生坍塌，其二是通過牛腿承擔(dān)鋼支撐（或鋼筋混凝土支撐粕水平擠靠力和豎向剪力，

冠梁施工時(shí)必須鑿除樁頂?shù)母{等。

8、基坑降水

基坑降水是指在開挖基坑時(shí)，地下水位高于開挖底面，地下水會(huì)不斷滲入坑內(nèi)，為保證

基坑能在干燥條件下施工，防止邊坡失穩(wěn)、基礎(chǔ)流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承載力下

降而做的降水工作。

9、抗浮設(shè)計(jì)

地鐵車站底板多位于地下水位以下，地下水的賦存狀態(tài)對(duì)地下結(jié)構(gòu)的承載力、變形、

穩(wěn)定性和耐久性有較大影響，地鐵車站設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮車站承載力，還要對(duì)車站進(jìn)行抗

浮驗(yàn)算，設(shè)計(jì)與施工階段對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗浮不重視將會(huì)埋下巨大隱患，過大的水浮力可能會(huì)

對(duì)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。

地鐵維護(hù)結(jié)構(gòu)、抗拔樁和抗浮錨桿可有效抵消車站結(jié)構(gòu)上浮力。

10、涌水、涌砂

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)涌水涌砂一般都發(fā)生在基坑開挖區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)復(fù)雜，有富水砂層，地

下水發(fā)育的情況下。發(fā)生涌水涌砂的部位絕大部分發(fā)生在圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的接頭處,

少量的部分發(fā)生在地下連續(xù)墻非接頭處，還有少量發(fā)生于基底。

11、土釘

土釘：是一種基于新奧隧道法原理，在天然邊坡或開挖形成的邊坡、基坑原位巖土體

中近于水平設(shè)置加筋桿件并沿坡面設(shè)置混凝土面層，使整體土工系統(tǒng)的力學(xué)性能得以改善

從而提高邊坡、基坑穩(wěn)定性的原位加筋技術(shù)?！稁r土工程治理手冊》林宗元注編,2005

年10月第1版

土釘可被視為小尺寸的被動(dòng)式錨桿（部分類似于全長粘結(jié)型錨桿），分為鉆孔注漿釘

與擊入釘兩種，土釘材料為角鋼、圓鋼、鋼筋或鋼管?！稁r土錨固技術(shù)于冊》閆莫明、

徐禎祥、蘇自約主編。其后二個(gè)參與了《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范XGB50086-2001)

的編寫。

土釘所受的拉力沿其整個(gè)長度都是變化的，一般是中間大，兩頭小，土釘支護(hù)中的噴

混凝土面層不屬于主要擋土部件,在土體自重作用下，它的主要作用只是穩(wěn)定開館面上的

局部土體，防止其崩落和受到侵蝕。土釘支護(hù)是以土釘和它周圍加固了的土體一起作為擋

土結(jié)構(gòu)，類似重力式擋土墻。

12,錨桿

土層錨桿：錨固于土層中的錨桿?！督ㄖ吰鹿こ碳夹g(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)

由設(shè)置于鉆孔內(nèi)、端部伸入穩(wěn)定土層中的鋼筋或鋼絞線與孔內(nèi)注漿體組成的受拉桿體。

——《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-2012)

巖石錨桿：錨固于巖層內(nèi)的錨桿?！督ㄖ吰鹿こ碳夹g(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)

系統(tǒng)錨桿：為保證邊坡整體穩(wěn)定，在坡體上按一定格式設(shè)置的錨桿群。——《建筑邊

坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)

為使圍巖整體穩(wěn)定，在隧洞周邊上按一定格式布置的錨桿群?！稁r土錨桿與噴射

混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB50086-2015)

錨桿沿全長分為自由E正口錨固段，在擋土結(jié)構(gòu)中，錨桿作為樁、墻等擋土構(gòu)件的支點(diǎn)，

將作用于樁、墻上的側(cè)向土壓力通過自由段、錨固段傳遞到深部土體上。除錨固段外，錨

桿在自由段長度上收到同樣大小的拉力。

錨桿一般都在設(shè)置時(shí)預(yù)加拉應(yīng)力，給土體以主動(dòng)約束；而土釘一般不加預(yù)應(yīng)力的，±

釘只有在土體發(fā)生變形以后才能使它被動(dòng)受力，土釘對(duì)土體的約束需要以土體的變形作為

補(bǔ)償，所以不能認(rèn)為土釘腑羊的筋體具有約束機(jī)制。

13、固結(jié)(consolidation)

是指松散沉積物被壓實(shí)、固結(jié)成巖的過程。固結(jié)可以分為很多種類型，例如，壓固作

用、自生礦物形成作用、膠體陳化、結(jié)核的形成、重結(jié)晶作用、脫水作用等。

14、三軸壓縮試驗(yàn)

三軸壓縮試驗(yàn)是指有側(cè)限壓縮和剪力試驗(yàn)。使用的儀器為三軸剪力儀(亦稱三軸壓縮

儀入三軸剪力儀的核心部分是三軸壓力室，并配備有軸壓系統(tǒng)、側(cè)壓系統(tǒng)和孔隙水壓力

測讀系統(tǒng)等。試驗(yàn)用的土樣為圓柱形其高度與直徑之比為2s2.5。試樣用薄橡皮膜包裹，

使土樣的孔隙水與膜外液體(水)完全隔開。在給定的三軸壓力室周圍壓力作用下，不斷

加大軸向附加壓力，直至試樣被剪破按莫爾強(qiáng)度理論計(jì)算剪破面上的法向應(yīng)力與極限剪切

應(yīng)力。三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果可以確定土壤的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角和黏結(jié)力。與直剪試驗(yàn)比

較，三軸試樣中的應(yīng)力分布比較均勻，可供在復(fù)雜應(yīng)力條件下研究土壤的抗剪強(qiáng)度特性。

由于能準(zhǔn)確測定土樣孔隙水壓力的變化，因此能定量獲取土壤中有效應(yīng)力的變化狀況。但

土樣的制備工作比較煩瑣，易受擾動(dòng)。

15.地應(yīng)力

地應(yīng)力(crustalstress)存在于地殼中的應(yīng)力。即由于巖石形變而引起的介質(zhì)內(nèi)部單

位面積上的作用力。它一般包括兩部分:(1)由覆蓋巖石的重量引起的應(yīng)力，它是由引力

和地球自轉(zhuǎn)慣性離心力引起的；(2)由鄰近地塊或底部傳遞過來的構(gòu)造應(yīng)力。

16、伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)(servomechanism)又稱隨動(dòng)系統(tǒng)，是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的

反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或

給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1.2.2軟件概念

1、有限元數(shù)值模擬

數(shù)值模擬有限元法是一種廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的數(shù)值計(jì)算方法，它可以用來模擬各種

物理現(xiàn)象，如結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)等。

有限元法的基本原理是將一個(gè)復(fù)雜的物理問題分解成許多小的、簡單的部分，然后對(duì)

每個(gè)部分進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，最后將它們組合起來得到整個(gè)問題的解。這些小的部分被稱為有

限元，它們可以是線性的、非線性的、靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的。有限元法的核心是建立一個(gè)數(shù)學(xué)

模型，該模型可以描述物理問題的本質(zhì)特征，并且可以用數(shù)學(xué)語言來表達(dá)。

2、本構(gòu)模型

本構(gòu)模型，又稱材料的力學(xué)本構(gòu)方程，或材料的應(yīng)力-應(yīng)變模型，是描述材料的力學(xué)特

性(應(yīng)力-應(yīng)變-強(qiáng)度-時(shí)間關(guān)系)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是很復(fù)雜的，具有

非線性，粘彈塑性，剪脹性，各向異性等，同時(shí)應(yīng)力水平、應(yīng)力歷史以及材料的組成、狀

態(tài)、結(jié)構(gòu)等均對(duì)其有影響。

模擬計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)好混凝土結(jié)構(gòu)選用彈性本構(gòu)。

3、彈性模量E

一般地講，對(duì)彈性體施加一個(gè)外界作用力，彈性體會(huì)發(fā)生形狀的改變（稱為"形變"），

〃彈性模量”的一般定義是：單向應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力除以該方向的應(yīng)變。

材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律），其二匕例系數(shù)

稱為彈性模量。彈性模量”是描述物質(zhì)彈性的一個(gè)物理量，是一個(gè)統(tǒng)稱，表示方法可以是

“楊氏模量”、“剪切模量"、"體積模量”等。

4、泊松比v

泊松比是指材料在單向受拉或受壓時(shí)，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的比值，也叫橫向變

形系數(shù)，它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。

5、粘聚力c

粘聚力，又叫內(nèi)聚力，是在同種物質(zhì)內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力，這種相互吸

引力是同種物質(zhì)分子之間存在分子力的表現(xiàn)。在有效應(yīng)力情況下，將總抗剪強(qiáng)度扣除摩擦

強(qiáng)度，即得到粘聚力。從另一角度看，粘聚力是破壞面沒有毋可正應(yīng)力作用下的抗剪強(qiáng)度。

6、內(nèi)摩擦角①

抗剪強(qiáng)度線在。一丁坐標(biāo)平面內(nèi)的傾角。用（P表示。土或巖石的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)之一,反

映土或巖石內(nèi)部各顆粒之間內(nèi)摩擦力的大小。內(nèi)摩擦角愈大，強(qiáng)度愈高。無黏性土的內(nèi)摩

擦角通常在26~48。之間。土的內(nèi)摩擦角反映土的摩擦特性，包括土顆粒之間產(chǎn)生相互滑

動(dòng)時(shí)需要克服由于顆粒表面粗糙不平而引起的滑動(dòng)摩擦，以及由于顆粒物的嵌入、連鎖和

脫離咬合狀態(tài)而移動(dòng)所產(chǎn)生的咬合摩擦。

作為巖（土）體的兩個(gè)重要參數(shù)之一的內(nèi)摩擦角，是土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，是工程設(shè)計(jì)的

重要參數(shù)。

7、應(yīng)力集中

彈性力學(xué)中的一類問題，指物體中應(yīng)力局部增高的現(xiàn)象，一般出現(xiàn)在物體形狀急劇變

化的地方，如缺口、孔洞、溝槽以及有剛性約束處。應(yīng)力集中能使物體產(chǎn)生疲勞裂紋，也

能使脆性材料制成的零件發(fā)生靜載斷裂。

8、應(yīng)力

物體由于外因（受力、濕度、溫度場變化等）而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相

互作用的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。同截面垂直的稱為正應(yīng)力或法向應(yīng)力，同截

面相切的稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。

9、最大主應(yīng)力6

如果在某個(gè)斜面上只有正應(yīng)力，沒有剪應(yīng)力，則這個(gè)斜面稱為主平面，相應(yīng)的正應(yīng)力

稱為主應(yīng)力，相應(yīng)的方向就叫主方向。最大主應(yīng)力就是某個(gè)單元中最大的主應(yīng)力，即，第

一主應(yīng)力。這個(gè)概念很重要，因?yàn)樽鼋Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)是以主應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)。

10、最小主應(yīng)力。3

最小主應(yīng)力是指材料中發(fā)生的最小主應(yīng)力，這通常對(duì)于材料的耐久性和安全性有著至

關(guān)重要的影響。主應(yīng)力是一種描述力的概念，具體指在一個(gè)點(diǎn)上的力在三個(gè)不同的方向上

的分量。當(dāng)材料受到外力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生這種應(yīng)力，而最小主應(yīng)力則是指在這些應(yīng)力中最小

的一個(gè)。

最小主應(yīng)力的概念常常用于工程設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析中，尤其是在設(shè)計(jì)需要承受重大載荷

的結(jié)構(gòu)時(shí)，如橋梁、建筑物、飛機(jī)、汽車等。只有當(dāng)材料的最小主應(yīng)力達(dá)到一定的安全值

時(shí)，這些結(jié)構(gòu)才能夠滿足實(shí)際需求，確保其在使用過程中的安全性和耐久性。

11.剪力

剪力，又稱剪切力：〃剪切”是在一對(duì)相距很近，大小相同，指向相反的橫向外力（即

垂直于作用面的力）作用下，材料的橫截面沿該外力作用方向發(fā)生的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)變形現(xiàn)象。

能夠使材料產(chǎn)生剪切變形的力稱為剪力或剪切力。發(fā)生剪切變形的截面稱為剪切面。判斷

是否"剪切"的關(guān)鍵是材料的橫截面是否發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。

建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔(dān)時(shí)，這種墻體既承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向荷

載，同時(shí)承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平地震作用。剪力墻即由此而得名（抗震規(guī)范定名

為抗震墻工

12、剪應(yīng)力

剪應(yīng)力是應(yīng)力的一種，定義為單位面積上所承受的剪力，且力的方向與受力面的法線

方向正交。

13、彎矩

彎矩是受力構(gòu)件截面上的內(nèi)力矩的一種，即垂直于橫截面的內(nèi)力系的合力偶矩。構(gòu)件

上某個(gè)截面的彎矩，其大小為該截面截取的構(gòu)件部分上所有外力對(duì)該截面形心矩的代數(shù)和。

比如說一個(gè)懸臂梁，當(dāng)梁端力為P,梁長為A,剛固端彎矩為PA,而梁的跨中彎矩為

PA/2。

在傳統(tǒng)材料力學(xué)教程中，規(guī)定截面上的彎矩使該截面的臨近微段向下凸時(shí)取正號(hào)，反

之則取負(fù)號(hào)；而在結(jié)構(gòu)力學(xué)中定義則正好相反，工程實(shí)際中，如果沒有特別說明，一般引

用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的定義法。

14、彈性變形

彈性變形是材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后變形完全消失的現(xiàn)象。彈性變

形分為線彈性、非線彈性和滯彈性三種。線彈性變形服從胡克定律，且應(yīng)變隨應(yīng)力瞬時(shí)單

值變化。非線彈性變形不服從胡克定律，但仍具有瞬時(shí)單值性。滯彈性變形也符合胡克定

律，但并不發(fā)生在加載瞬時(shí)，而要經(jīng)過一段時(shí)間后才能達(dá)到胡克定律所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定值。

工5、塑性變形

塑性變形是一種不可自行恢復(fù)的變形。工程材料及構(gòu)件受載超過彈性變形范圍之后將

發(fā)生永久的變形，即卸除載荷后將出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形,或稱殘余變形，這就是塑性變形。

不是任何工程材料都具有塑性變形的能力。金屬、塑料等都具有不同程度的塑性變形能力，

故可稱為塑性材料。玻璃、陶瓷、石墨等脆性材料則無塑性變形能力。工程構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)一

般不允許出現(xiàn)明顯的塑性變形，否則構(gòu)件將不能維持原先的形狀甚至發(fā)生斷裂。

16、第一強(qiáng)度理論??應(yīng)力

最大拉應(yīng)力理論是指以拉應(yīng)力的最大值判斷材料是否發(fā)生脆性斷裂破壞的強(qiáng)度理論，

又稱第一強(qiáng)度理論。它是在朗肯提出的最大正應(yīng)力理論的基礎(chǔ)上修正得到的。

該理論認(rèn)為引起材料脆性斷裂破壞的因素是最大拉應(yīng)力。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)一點(diǎn)

處的3個(gè)主應(yīng)力中最大的拉應(yīng)力6達(dá)到材料在單向拉伸發(fā)生斷裂破壞的應(yīng)力時(shí)，該點(diǎn)即

發(fā)生脆性斷裂破壞。

表達(dá)式：如用［。］表示材料單向拉伸時(shí)的容許應(yīng)力，則由該理論建立的強(qiáng)度條件為：

oi^［o］

17、第二強(qiáng)度理論一應(yīng)變

最大拉應(yīng)變理論是指以伸長線應(yīng)變的最大值判斷材料是否發(fā)生脆性斷裂破壞的強(qiáng)度

理論，又稱第二強(qiáng)度理論。它是在圣維南提出的最大正應(yīng)變理論的基礎(chǔ)上修正得到的。

該理論認(rèn)為引起材料脆性斷裂破壞的因素是最大伸長線應(yīng)變。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)

一點(diǎn)的最大伸長線應(yīng)變達(dá)到單向拉伸發(fā)生脆性斷裂破壞的應(yīng)變時(shí)，材料發(fā)生脆性斷裂破壞。

這一理論通常用于脆性材料的斷裂破壞。

表達(dá)式：如果材料在彈性范圍內(nèi)工作，則可利用廣義胡克定律將應(yīng)變用主應(yīng)力表示。

由此可建立強(qiáng)度條件為：6-口（。2+。3）＜［。］式中，6、。2、。3為一點(diǎn)的主應(yīng)力；M為材料

的泊松比；［。］為材料的容許拉應(yīng)力。

18、第三強(qiáng)度理論一剪應(yīng)力

最大剪應(yīng)力理論（maximumprincipalshearstresstheory）又稱"第三強(qiáng)度理論"。

認(rèn)為材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的最大剪應(yīng)力達(dá)到在簡單拉伸或壓縮屈服的最大剪應(yīng)力時(shí)，材

料就發(fā)生破壞。

彈性失效準(zhǔn)則的強(qiáng)度條件為：。1-。30［。］。式中。1和。3分別為材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)

下的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力;oi-03，也即當(dāng)量應(yīng)力；［司為材料的許用應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)表明，

此理論和材料破壞的結(jié)果比較吻合，不但能說明塑性材料的流動(dòng)破壞，還能說明脆性材料

的剪斷。

19、第四強(qiáng)度理論??等效應(yīng)變

第四強(qiáng)度理論，又稱為畸變能理論（vonmises理論）（形狀改變比能密度理論）,其

表述是材料發(fā)生屈服是畸變能密度引起的。這一理論假設(shè)：形狀改變能密度vd是引起材

料屈服的因素，也即認(rèn)為不論處于什么樣的應(yīng)力狀態(tài)下，只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的形狀改變能

密度vd達(dá)到了材料的極限道vdu,該點(diǎn)處的材料就發(fā)生塑性屈服。

1.3施工基礎(chǔ)

模擬計(jì)算前，要先了解相關(guān)施工方法，不需要了解具體的施工工藝。了解了施工方法，

數(shù)值模擬的施工階段才能真實(shí)還原整個(gè)施工過程，讓模擬計(jì)算具有較高的可信度。

1.3.1地鐵基坑常見事故類型

基坑常見的事故主要是基坑坍塌，地面建構(gòu)筑物變形。其原因主要是維護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)支

撐失穩(wěn)，基底隆起變形過大。

13.2地鐵基坑施工方法

在地鐵工程施工中，我們常見的方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法三種方法。各種施工

方法的施工步驟見附件10

1、明挖法

明挖順作法一般適用于地面有條件敞口開挖，且有足夠施工場地的情況。結(jié)合地面拆

遷及道路拓寬，站位設(shè)在現(xiàn)狀道路范圍外，或站位設(shè)在現(xiàn)狀道路下，但施工允許暫時(shí)中斷

交通或有條件臨時(shí)改道，使地面交通客流得以疏散時(shí)，就有可能封閉現(xiàn)狀街道，考慮采用

明挖順作法施工。在淺埋土體中，明挖法是首選施工方法，應(yīng)用最廣泛。

2、蓋挖法

在交通繁忙的城市中心區(qū)，在路面交通不能長期中斷的道路下修建軌道交通車站時(shí),

為減少施工期間對(duì)地面交通和商業(yè)的影響，車站結(jié)構(gòu)可采用蓋挖法施工。蓋挖法依施工的

步驟不同，可分為蓋挖逆筑法及蓋挖順筑法。

(1)蓋挖逆筑法：圍并結(jié)構(gòu)與中間支承樁施工完成后，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與中間支承樁上

澆筑頂板混凝土，由上而下順序施作各層板及邊墻，各層結(jié)構(gòu)板作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐。

(2)蓋挖順筑法：蓋力順筑法的蓋板形式可分為兩種，一種為臨時(shí)鋪蓋系統(tǒng)，即利

用圍護(hù)結(jié)構(gòu)、中間支承樁及第一道支撐作為支撐體系，采用軍用梁+預(yù)制碎蓋板作為路面

體系直接承受路面荷載。在臨時(shí)鋪蓋系統(tǒng)保護(hù)下邊開挖基坑邊架設(shè)基坑，主要工序同明挖

順筑法。該工法的主要缺點(diǎn)是工期較長，造價(jià)較高，對(duì)地面交通影響大。另一種蓋板形式

即直接利用車站主體結(jié)構(gòu)頂板、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及中間支承柱作為受力體系，覆土后即恢復(fù)部分

交通；然后在頂板下暗挖。該工法雖然改善了臨時(shí)鋪蓋系統(tǒng)存在的幾大缺點(diǎn)，但頂板與內(nèi)

襯墻交接處碎澆筑質(zhì)量難以保證，防水效果相對(duì)較差。

與蓋挖逆筑法相比，蓋挖順筑法最主要缺點(diǎn)是支撐架設(shè)不方便。

3、暗挖法

在地下管網(wǎng)密集、交通不能中斷不宜采用明挖或蓋挖的情況下，可采用暗挖法。暗挖

法施工全部作業(yè)均在地下進(jìn)行，因此對(duì)地面交通和人員出行影響較小，但在淺坦條件下，

特別是在高水位的軟土地層施工難度較大，工期較長，造價(jià)較高。

表1.3.2-1地下車站施工方法綜合比較表

項(xiàng)目明挖法暗挖法蓋挖法

土建費(fèi)低局低

拆遷費(fèi)△高伍高

綜口

車站所需自動(dòng)扶梯費(fèi)用低高低

費(fèi)用

車站運(yùn)營所需費(fèi)用低局低

綜合造價(jià)低高較低

施工難度施工簡便施工技術(shù)成熟，難度大施工技術(shù)成熟..難度小

防水質(zhì)量容易保證較容易保證較難保證

工程

地面沉降小大小

實(shí)施

工期短長較長

安全性好較好較好

對(duì)商業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響大小較大

對(duì)城市居民生活的影響大較大小

:也面影

對(duì)地面交通的影響時(shí)間長短較長

響

房屋拆遷量△大小大

管線改移量大小大

13.3基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

1、SMW工法樁

SMW工法樁具體構(gòu)造為相互咬合的水泥土攪拌樁加插H型鋼后形成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具

有擋土承載、防滲止水作用。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在透水性較大、含砂量多的地層使用時(shí)，其

抗?jié)B性能優(yōu)于地下墻，還具有對(duì)主體結(jié)構(gòu)的約束小，使主體結(jié)構(gòu)的收縮裂植較易控制和施

工速度快、泥漿污染少等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是：適用深度較小，造價(jià)受型鋼的攤銷次數(shù)影響較大，

推銷次數(shù)越少造價(jià)越高。

圖L3.3-1SMW工法樁現(xiàn)湯圖片

2、土釘墻支護(hù)

該方法是邊開挖基坑，邊對(duì)兩側(cè)基坑土體壁面設(shè)鋼筋網(wǎng)，噴混凝土，通過打入式或鉆

孔注漿式設(shè)置土釘，土釘通過滑裂面將坑周土體加固，約束土體變形，保持土體穩(wěn)定，必

要時(shí)可增加一至兩道預(yù)應(yīng)力錨索，用以抵抗土體變形。該方法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡單，不用橫

撐，施工空間大,造價(jià)低，而且施工速度快；其缺點(diǎn)是：基坑越深，土釘長度越長，造價(jià)

越高，而且土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)不能作為永久結(jié)構(gòu)的一部分，只能作為臨時(shí)受力體，施工時(shí)需要

坑內(nèi)外同時(shí)降水。土釘墻的適用深度一般不超過12m,適用土層一般為N值大于5的砂

質(zhì)土或N值大于3的粘性土，目前采用復(fù)合土釘墻支護(hù)的基坑深度已達(dá)17m。

圖1.3.3-2土釘墻支護(hù)現(xiàn)場圖片

3、鉆孔灌注樁+止水帷幕

鉆孔灌注樁作樁排式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于剛度大、布置靈活，適用性較強(qiáng)，可作為

永久結(jié)構(gòu)的一部分。不足之處在于樁間止水性能差，需在樁間設(shè)置止水帷幕作隔水處理,

一般采用水泥土攪拌樁或旋噴樁。

圖1.3.3-3鉆孔灌注樁現(xiàn)場圖片

4、套筒咬合樁

當(dāng)鉆孔樁采用全套管鉆施工時(shí)，可以做到樁間切割咬合，此時(shí)樁鋼筋籠間隔設(shè)置，可

作為永久結(jié)構(gòu)的一部分，該法特點(diǎn)為：無須排放泥漿，近于干法成孔，機(jī)械設(shè)備噪音低、

無振動(dòng)，大大減少工程施工時(shí)對(duì)環(huán)境的污染。

對(duì)沉降及變位容易控制，能夠緊鄰相近的建筑物、地下管線施工。全套管的跟管鉆進(jìn)

及其掘進(jìn)方法，有效的防止了孔內(nèi)流沙、涌泥，并可嵌巖，保證了成樁質(zhì)量。

第二步施工的樁在已有的第一步施工的兩樁間實(shí)施切割咬合，全套管的護(hù)孔方式保證

了樁間緊密咬合，形成良好的整體連續(xù)結(jié)構(gòu)。

圖1.3.3-4咬合樁現(xiàn)場圖片

5、地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是于基坑開挖之前，用特殊挖槽設(shè)備、在泥漿護(hù)壁之下開挖深槽，然后下

鋼筋籠澆注混凝土形成的地下土中的混凝土墻。地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)有下述優(yōu)點(diǎn)：施

工時(shí)振動(dòng)少、噪聲低，可以在城市的中心區(qū)晝夜施工；可減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，能緊鄰

建筑物和地下管線施工。地下連續(xù)墻剛度大、整體性好、變形相對(duì)較小，可用于深基坑。

地下連續(xù)墻為連續(xù)整體結(jié)構(gòu)，施工時(shí)處理好接頭部位，能有較好的抗?jié)B止水作用。其缺點(diǎn)

在于施工時(shí)需泥漿護(hù)壁，泥漿要妥善處理，否則影響環(huán)境。地下連續(xù)墻適用于較深的基坑，

特別是周邊建筑密集的軟土地層。

圖1.3.3-5地下連續(xù)墻現(xiàn)場圖片

表1.3.3-1圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

工方圍護(hù)施工

序號(hào)適用范圍造價(jià)優(yōu)缺點(diǎn)

法法體系四

型鋼水泥土施工速度快，施工質(zhì)量易保證、造價(jià)斑氐；止水

SMW軟粘土或砂

1墻+基坑內(nèi)磁較低效果好；無污染。樁體剛度較小，基坑較深時(shí)基

工法類土基坑

支撐坑變形較大，只能作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)使用。

施工簡單，不用橫撐，施工空間大，造價(jià)低，而

N值大于5

目施工速度快；其缺點(diǎn)是：基坑越深，土釘長度

的砂質(zhì)土或

2土釘墻土釘+錨噴較低越長，造價(jià)越高，而且土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)大能作為永

N值大于3

久結(jié)構(gòu)的一部分，只能作為臨時(shí)受力體，施工時(shí)

的粘性土

需要坑內(nèi)外同時(shí)降水。

鉆孔鉆孔灌注樁

樁體剛度大，控制基坑變形好、施工工藝較簡

灌注樁+止水帷幕

3—各種地層較高單、沱體可以作為永久結(jié)構(gòu)的一部分，需要通過

+止水+基坑內(nèi)水

輔助止水帷幕止水，造價(jià)較高；

帷幕平支撐

咬合樁+基對(duì)環(huán)境的污染小，沉降及變位容易控制以作為

4咬合樁坑內(nèi)水平支各種地層較高永久結(jié)構(gòu)的一部分,止水效果好。對(duì)施工要求

撐較高C

適用于逆作

墻（栩感大、整體性好、娜相減交??；抗?jié)B性

鋼筋混凝土法及周邊建

地下能好可以作為永久結(jié)1勾的TB分，能斜隧筑物

5墻+基坑內(nèi)一般筑密集的軟較高

連續(xù)墻和地下管線施工。剌蛹作岳護(hù)墻成本較施工

水平支撐土地層深基S;

■喇里，猛鹿精姐里，頹膨蜥境

坑o

13.4維護(hù)結(jié)構(gòu)施工

1、地下連續(xù)墻

成槽施工鋼筋籠吊裝鐐口管起拔碇澆筑

圖1.341地下連續(xù)墻施工

2、抗拔樁、格構(gòu)柱

[□

51

「.7，//林火s

]盼1507防

圖1.3.4-1抗拔樁、格構(gòu)柱施工

3、土體加固

各種上體加固方法的適用范困及

也基士性對(duì)各類地基上的適用情況

加固方人工填土淤泥質(zhì)土、粘性土粉性土砂性土

注漿法XO0

雙軸水泥土攪拌法XOO派

三軸水泥土攪拌法XOO0

高壓旋噴法OOOO

降水法X()0

注:※表示慎用，O表示可用.

第2章參數(shù)設(shè)置

2.1本構(gòu)選取

基坑開挖、區(qū)間盾構(gòu)隧道涉及開挖卸載，本構(gòu)選取修正--莫爾庫倫最為合適。通過網(wǎng)

格--材料--建立--各向同性-模型類型--選擇修正莫爾庫倫模型。

材料

名稱各向同性領(lǐng)色

模型類型也及口結(jié)構(gòu)

弊性

?聯(lián)般津依透M啜Mi梅將加賽斯斯總

奧爾-麻倫

彈性笊量籍魯克?普拉格kN/m,

任克-布朗

廣義很在布朗

彈性喚網(wǎng)絡(luò)KN/m3

Hyperbolic（Duncan-ChangE-v）

Hyperbolic（Duncan-ChangE-B）

參考商度應(yīng)變軟化m

住正劍橋-粘土

泊松北Jardine

舊木電力中央研允所根型（D~min）

w）kN/m,

初始應(yīng)力參噌軟上徐變

HiEUBCSAND

Ko測定關(guān)11-太田（非粘性）

關(guān)口?太田（粘性）

蘭貝格?啊斯古餡（Ramberg-Osgood）

?哈卜燒尼維奇（Hardin-Dmevich）

⑥用戶附化十.（小效應(yīng)用度）

廣義SCALY1S

熱學(xué)&數(shù)強(qiáng)化模F（CWFS）

|用戶定義

不同規(guī)范給出的單位不一

2.2彈性模量（EX泊松比（v）樣，使用時(shí)要單位換算。

這兩個(gè)指標(biāo)主要是影響模型變形重要指標(biāo)，參數(shù)選取過程注意單位:模型彈性模量單

位為kN/m2,規(guī)范給出的單位是N/mm2,使用過程要進(jìn)行單位換算。

1、常見土

表2.2-1土的彈性模量參考值

土類彈性模量（MN/m2）土類彈性模量（MN/m2）

很軟的黏土035-0.30粉質(zhì)砂土7~20

軟黏土2~5松砂10-25

中硬黏土4~8緊砂50-80

硬黏土7~18緊密砂、卵石100~200

砂質(zhì)黏土30-40

土的泊松比參考值

表2.2-2土的泊松比V參考值

土類泊松比土類泊松比

顏口黏土0.5黃土0.44

含砂和粉土的黏土0.30-0.42砂質(zhì)土0.15-0.25

非飽和黏土0.35-0.40砂土0.30-0.35

2、混凝土

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015年版)》(GB50010-2010)4.1.5混凝土受壓和受拉

的彈性模量Ec宜按表4.1.5采用?；炷恋募羟凶冃文Ａ縂C可按相應(yīng)彈性模量值的40%

采用。混凝土泊松比vc可按0.2采用。

表2.2-3混凝土的彈性模量(xlO4N/mm2)

混凝土強(qiáng)度

C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80

等級(jí)

Ec2.202.552.803.003.153.253.353.453.553.603.653.703753.80

注：1當(dāng)有可靠試驗(yàn)依據(jù)時(shí)，彈性模量可根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)確定

2當(dāng)混凝土中摻有大量礦物摻合料時(shí)，彈性模量可按規(guī)定齡期根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)確定。

3、鋼材

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50017-2017)4.4.8鋼材和鑄鋼件的物理性能指標(biāo)應(yīng)按表

4.4.8采用。

表2.2-4鋼材和鑄鋼件的物理性能指標(biāo)

彈性模量E剪變模量G線膨脹系數(shù)a質(zhì)量密度P

(N/mm2)(N/mm2)似℃計(jì))(kg/m3)

206X10379X10312X1067850

4、水泥土

通過對(duì)基坑外圍和基坑底部區(qū)域土體進(jìn)行加固，形成水泥土，水泥土強(qiáng)度介于土和水

泥之間。水泥土的變形模量約為壓縮模量約為

E040~60MPa,Es60~100MPao

水泥上無便限抗壓強(qiáng)度qu與機(jī)體彈性模嫉Ep的關(guān)

系，采用Ep=(120750)qu

LW[M)19982008.

5、各亞級(jí)圍巖

《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10003-2016)C.3.1各亞級(jí)圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)值可按表

C.3.1選用。

表C3.1各亞級(jí)圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)此處單位是兆帕，

闈巖級(jí)別容重y彈性反力系數(shù)變形模&內(nèi)摩擦角黏聚力軟件單位是千帕。

泊松比V

級(jí)別亞級(jí)(kN/m3)K(MPa/m)E(GPa)<pC)e(MPa)

nil24?25850—120010.7?200.25-0.2644?501.1-1.5

m

nh23?24500?8506-10.70.26-0.339?440.7?1.1

IVi22?23400?5003.8?60.3-0.3135?390.5?0.7

N

IV220?22200?4001.3-3.80.31-0.3527?350.2?0.5

Vi18?20150?2001.3-20.35-0.3922?270.12?0.2

V

v217?18100?1501—1.30.39-0.4520?220.05—0.12

注:表中數(shù)值不包括黃土地層及特殊圉巖.

2.3粘聚力(cX內(nèi)摩擦角((p)

該二者指標(biāo)影響模型穩(wěn)定性，參數(shù)過小，會(huì)導(dǎo)致模型不能收斂。此二者數(shù)據(jù)均引用工

程巖土勘察報(bào)告《巖土力學(xué)參數(shù)取值建議表》，該表中二者參數(shù)在表中會(huì)有快剪、固結(jié)快

剪和三軸剪切。

在基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)中，人們比較流行用固結(jié)不排水剪c、(p值指標(biāo)乘以0.7折減系

數(shù)的辦法。

1、如何取值

(1)直接快剪：豎向力施加后立即加水平力剪下速度很快，3-5分鐘土樣被剪破，試

件受剪過程不排水。所以做試驗(yàn)所需耍的口寸間最短。

直接快剪結(jié)果廣泛應(yīng)用于土體的穩(wěn)定性評(píng)估、巖土工程設(shè)計(jì)和土壤改良等方面。

(2)固結(jié)快剪：在加垂直壓力的時(shí)候，要讓土體排水，因?yàn)橐潘?，所以試?yàn)時(shí)間

稍長，在加剪應(yīng)力時(shí)不排水。

固結(jié)快剪常用于土體的固結(jié)行為研究、地基沉降預(yù)測和土壤液化評(píng)估。

(3)三軸剪切

UU三軸試驗(yàn)也稱為總應(yīng)力試驗(yàn)，CU/CD三軸試臉也稱為有效應(yīng)力試驗(yàn)。UU三軸試

驗(yàn)通常用于短期工程問題，CU和CD三軸試驗(yàn)用于評(píng)估長期工程問題。

?不固結(jié)不排水測試(UU)：也稱為快剪三軸測試。一般用于固結(jié)程度不高、弱透

水性的軟粘性土地區(qū)的基坑設(shè)計(jì)。

?固結(jié)不排水測試(CU)：試驗(yàn)結(jié)果可用來進(jìn)行除弱軟土、砂土以外的絕大部分土

層的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。其指標(biāo)結(jié)果是否折減或折減多少，需根據(jù)各地場地土層的滲

透性、地下水及施工速度等因素綜合而定,并不采用通常乘以0.7折減系數(shù)的習(xí)

慣做法。

?固結(jié)排水測試(CD):試驗(yàn)結(jié)果主要用于粉土、粉細(xì)砂等透水性較好的深基坑土

2、砂土粘聚力

砂土粘聚力為0時(shí)，輸入數(shù)據(jù)給0.2。

3、各亞級(jí)圍巖

《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10003-2016)C.3.1各亞級(jí)圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)值可按表

C.3.1選用。

表C3.1各亞級(jí)圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)

圉巖級(jí)別容重7彈性反力系數(shù)變形模量內(nèi)摩擦角黏聚力

泊松比“

級(jí)別亞級(jí)(kN/m3)K(MPa/m)E(GPa)<pC)c(MPa)

nii24?25850—120010.7-200.2S-0