有限元在岩土工程中的应用 (1).pdf

1、主讲人：张雪婵有限元在岩土工程中的应用有限元在岩土工程中的应用有限元在岩土工程中的应用简介：通过具体的工程案例，介绍有限元在相邻基坑开挖、地铁周边基坑开挖、敏感建筑周边基坑开挖、多个储罐基础不均匀沉降分析、桩基施工挤土效应分析等方面的应用。本 节简 介关键词：有限元，基坑，地基基础，桩基建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building ResearchCONTENTS目 录1有限元在岩土工程中的应用情况2有限元在基坑工程中的应用3有限元在地基基础沉降分析中的应用4有限元在桩基施工影响分析中的应用建筑云联盟建筑云联盟中国建

2、筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research应用情况01020304特殊基坑支护设计基坑邻近既有建筑基坑邻近地铁隧道隧道开挖影响分析复杂地基基础设计地基基础方案优化边坡稳定性分析软基固结分析渗流分析动力分析热力分析应用情况建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research应用情况建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research土钉墙分析相邻基坑分

3、析基坑对地铁隧道影响新奥法隧道施工水库滑坡计算桩基工程分析流程建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research01是什么计算模型的简化02怎么建03怎么算地应力平衡施工动态模拟04怎么分析数值分析概念分析步骤定义土的特性（几何、材料）定义结构特性（几何、材料）及土-结构接触面定义荷载及边界条件有限元网格划分定义土中的水的特性定义计算内容土体、结构本构计算参数模型范围确定分析模式网格划分参数？适用范围？模型选择？本构模型的选择及材料参数的准确定义是有限元分析的难点。本构模型本构模型建筑云联盟建筑云联盟中国

4、建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research线弹性模型摩尔-库伦硬化土模型小应变土体硬化模型软土模型节理岩体模型CONTENTS目 录1有限元在岩土工程中的应用情况2有限元在基坑工程中的应用3有限元在地基基础沉降分析中的应用4有限元在桩基施工影响分析中的应用建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research适用于基坑工程的本构模型建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of

5、Building Research本构参数 塑性变形 土体硬化 区分加、卸载 刚度随应力变化 简便确定数值分析弹性DCMC/DPCC/MCCHSHSS塑性XXOOOO加/卸载XOXOOO刚度随应力变化XOXOOO小应变XXXXXO适用性不适用初步分析初步分析较准确较准确高级分析参数固结试验CDCUUUDSSSPTCPTPMDMTcDDDCDDDCD50refIDIDIIIurref(D)(D)(I)(D)IoedrefDIIIICvur(I)mDDDRf小应变土体硬化模型参数试验确定方法建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of B

6、uilding Research表中，DSS为直剪慢剪试验，SPT为标准贯入试验，CPT为静力触探试验，PM为旁压试验，DMT为扁铲侧胀试验。HSS模型：0ref初始剪切模量，可以采用弯曲元试验、共振柱试验和扭剪试验。0.7阈值剪应变，一般经验确定。一般的0ref可取（25）urref，0.7可取（12）10-4各地小应变经验参数建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research上海华东建筑设计研究院各地小应变经验参数建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Ac

7、ademy of Building Research天津地区经验各地小应变经验参数建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research层号土层名称容重(kN/m3)饱和容重(kN/m3)C(kPa)(度)EoedE50EURG0r0.7RFmvurk01素填土1919.132410.0010.0040.00200.000.00020.90.50.20.5903填砂18.518.602512.0012.0048.00240.000.00020.90.50.20.5802填石2222.103515.0015.0

8、060.00300.000.00020.90.50.20.4354杂填土2020.103212.0012.0048.00240.000.00020.90.50.20.4726冲填土19.519.632410.0010.0040.00200.000.00020.90.50.20.5901淤泥(陆域)16.616.712282.133.0317.0842.700.00040.650.80.20.5304粘土18.318.43243.283.7118.1245.310.00030.820.940.20.5901粘土1919.13244.104.6322.6656.640.00030.820.940.

9、20.5902中砂2020.603218.0018.0072.00360.000.00020.90.50.20.4721淤泥质粘土1818.212282.824.0022.5856.460.00040.650.80.20.5302细砂（含淤泥）19.619.953222.0022.0088.00440.000.00020.90.50.20.4723粘土19.420.13284.955.5927.3568.380.00030.890.720.20.5304粗砂2020.903525.0025.00100.00500.000.00020.90.50.20.4351砂质粘性土1919.28327.5

10、47.5425.5060.260.00030.890.720.20.4701全风化19.519.603115.0015.0045.00163.500.00020.910.740.20.4832-1强风化22223528120.00120.00480.002400.000.00020.90.50.20.5302-2强风化22.522.53035120.00120.00480.002400.000.00020.90.50.20.4353中风化25254535300.00300.001200.006000.000.00020.90.50.20.4354微风化26.526.55040500.00500

11、.002000.0010000.000.00020.90.50.20.36101碎裂岩23233035120.00120.00480.002400.000.00020.90.50.20.435深圳：叶跃鸿（2017）相邻基坑相互影响分析基坑北侧为茭菱路，距离用地红线约6.0米。基坑东侧为B区用地，B区用地东侧紧邻近华浦路。基坑西侧为5栋7层丰宁小区，基础型式为天然地基，最近处距离基坑约7.8m。西北角砼7为桩基础。基坑南侧为7层丰宁小区，基础型式为桩基础，距离基坑最近处约9.7米。周边环境建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of

12、Building Research相邻基坑相互影响分析工程地质剖面图地面标高1889.5基坑底标高1879.05基坑深度范围支护桩桩端位置嵌固深度岩土工程条件 地下水主要赋存于2、2粉土、粉砂层及其以下砂土层中，属孔隙潜水型，微具承压性。地下水位线1888.801889.46建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research丰宁馨园相邻基坑丰宁小区三维效果图剖面示意图工程特点建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Rese

13、arch相邻基坑相互影响分析支护平面图4-4剖面2-2剖面支护方案建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析常规设计方法 确定支护形式 初步确定支护参数设计方法二维有限元分析 分析支护桩的内力和变形丰宁基坑和基坑B同步开挖丰宁基坑比基坑B开挖快一步基坑B比丰宁基坑快一步开挖基坑B比丰宁基坑快两步开挖考虑单一基坑三维有限元分析 分析内支撑构件的内力和变形丰宁基坑和基坑B同步开挖基坑B比丰宁基坑快一步开挖基坑B比丰宁基坑快两步开挖考虑相互影响的基坑支护设计建筑云联盟建筑云联盟中国建

14、筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析二维有限元分析05101520253035404518641866186818701872187418761878188018821884188618881890标高(m)水平位移(mm)丰宁同步 丰宁快一步 B区快一步 B区快二步 只考虑丰宁-2500-2000-1500-1000-5000500100018641866186818701872187418761878188018821884188618881890标高(m)弯矩(kN.m)丰宁同步 丰宁快一步

15、 B区快一步 B区快二步 只考虑丰宁丰宁基坑西侧支护桩位移、弯矩包络图考虑相邻基坑相互影响时得到的支护结构水平位移比常规设计、不考虑相互影响得到的水平位移明显增大，其中位移最大的工况为丰宁基坑比基坑B开挖快一步的工况。丰宁基坑西侧的支护桩弯矩也是同样的规律。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析丰宁基坑东侧支护桩位移、弯矩包络图当两侧基坑都开挖时，其位移和弯矩比常规设计都要减小很多，但是考虑到如果丰宁基坑开挖时，基坑B可能不一定开挖，此时丰宁基坑东侧的支护桩的受力状态和常规

16、设计是一致的，因此该侧的支护桩按常规设计的弯矩进行配筋。-35-30-25-20-15-10-505101518701872187418761878188018821884188618881890标高(m)水平位移(mm)丰宁同步 丰宁快一步 B区快一步 B区快二步 只考虑丰宁-600-400-2000200 400 600 800 1000 1200 1400 160018701872187418761878188018821884188618881890标高(m)弯矩(kN.m)丰宁同步 丰宁快一步 B区快一步 B区快二步 只考虑丰宁二维有限元分析建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限

17、公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析三维有限元分析3511 三维有限元模型2 位移云图3 支护桩位移云图4 支撑轴力5 支撑弯矩24建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析三维有限元分析三维有限元分析支撑体系轴力及弯矩考虑相邻基坑相互影响后部分杆件内力增大，多数杆件内力增幅不超过10%。支撑设计时结合三维有限元支撑体系内力计算结果对原设计支撑体系进行了复核和加强。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学

18、研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析现场施工情况三维有限元分析支撑体系轴力及弯矩在项目施工过程中，由于双方施工进度的原因，出现了原先设计时未考虑的工况，项目设计组对相应的工况进行了有限元分析，认为原设计支护结构截面和配筋均能满足要求，且变形在控制范围内。工况丰宁左侧桩丰宁右侧桩B区左侧桩B区右侧桩Ux（mm）M（kN.m）Ux（mm）M（kN.m）Ux（mm）M（kN.m）Ux（mm）M（kN.m）W10.12243 5.787 8.1293 17.6579 W220.5425 9.2366 7.186

19、1 26.4788 W339.82222 15.1755 2.7381 22.9887 C47.31771 5.5656 3.7720 24.9830 注：各工况含义W1B区第一步开挖；W2B区第二步开挖，丰宁第一步开挖；W3B区第二步开挖后停工，丰宁开挖到坑底；CB区第二步开挖后停工，丰宁设置楼板后拆撑。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析监测平面布置建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Buildin

20、g Research相邻基坑相互影响分析监测数据分析丰宁西侧B区西侧丰宁东侧基坑监测表明，在丰宁基坑开挖到底时，西侧的水平位移最大，基坑顶部最大水平位移为38mm。基坑的实测最大水平位移部位与数值分析是一致的。工程实践证明该基坑的设计是安全的。第1层土第2层土支撑第1层土第2层土支撑第1层土第2层土支撑建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析该项目基坑施工时东侧另一基坑同时施工，基坑设计时需要考虑两个基坑的相互影响。该基坑工程支护结构设计时，先采用常规方法进行设计，然后采用二

21、维和三维有限元对两个基坑可能出现的不同开挖工况进行模拟，分析考虑两个基坑相互影响的多种工况下的支护构件的内力和变形，对常规设计进行修正。工程实践证明该基坑的设计是安全的。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research相邻基坑相互影响分析小结建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖工程概况某基坑工程位于北京市海淀区学院路地区。拟建建筑物主要为15层22层的高层、2层5层的裙房，以及纯地下室

22、。建筑结构形式为框架、剪力墙型式，筏板基础。建设用地面积70601.07平方米，总建筑面积为519179.00平方米。基坑开挖深度约为22m，基坑侧壁安全等级一级。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖工程概况J地块东侧靠近在施地铁车站,车站西北出入口进入地块用地红线10m，如下图所示。J地块主体结构距离地铁出入口主体结构约2.02m2.92m，距离主站厅约16m，J地块与地铁车站关系剖面图见下图。J地块开挖深度约22m，车站主站厅开挖深度约22m，出入口开挖深度约15m。主站

23、正在施工，地铁出入口尚未施工。J地块与地铁A出入口关系平面剖面建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖工程概况坑底位于粉质黏土及圆砾卵石层，其下为黏土、重粉质黏土工程地质条件根据现阶段勘察成果，本次野外勘察期间，于钻孔中实测的 2 层地下水。第一层地下水为台地潜水，稳定水位埋深为 6.1012.00m。第二层地下水为微承压水，稳定水位埋深为 21.4022.20m。水文地质条件杂填土1黏质粉土素填土粉质黏土重粉质黏土1砂质粉土黏质粉土2粉砂3黏土粉质黏土重粉质黏土1黏质粉土砂质粉

24、土2黏土3细砂粉质黏土重粉质黏土1黏质粉土砂质粉土2黏土3粉砂粉质黏土重粉质黏土1黏土2黏质粉土砂质粉土卵石1细砂2圆砾3粉质黏土重粉质黏土黏土重粉质黏土坑底墙底地质剖面建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块与东侧地铁相关问题J地块基坑东侧与在建地铁工程邻近，地铁A出入口进入地块红线内。基坑设计需考虑与地铁支护协同设计，且满足地铁运营要求。J地块地下室轮廓线北侧距离地铁出入口结构外墙距离2.92m，南侧距离2.02m。地铁出入口基底埋深约15米，J地块基底埋深约22米，基

25、坑深度相差7米。双方分开支护空间不足。基坑开挖引起地铁变形过大，影响地铁运营。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块开挖对地铁连接通道有限元分析有限元模型二维模型图建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块开挖对地铁连接通道有限元分析通道验证开挖到坑底支护桩变形如左图所示，最大水平变形14.3mm。换撑结束支护桩变形最大水平变形14.7mm。启明星计算支

26、护桩变形如右图所示，最大水平变形15.6mm。开挖到底换撑结束开挖到底建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块开挖对地铁连接通道有限元分析J地块验证开挖到坑底支护桩变形如下图所示，最大水平变形25.1mm。换撑结束支护桩变形最大水平变形31.5mm。启明星计算结果见下图。开挖到底换撑结束换撑结束建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块开挖对地铁连接通道有

27、限元分析两地块合并模拟中间地下连续墙变形如下图所示，地铁连接通道开挖到坑底时水平变形18.1mm，地铁连接通道换撑结束后地连墙水平变形19.3mm，J地块开挖完成后地连墙水平变形19.4mm，J地块施工完毕时地连墙水平变形14.7mm。通道开挖到底通道换撑结束J开挖到底J环撑结束建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块开挖对地铁连接通道有限元分析J地块非临近地铁侧支护结构变形J地块非临近地铁侧支护结构变形如下图所示。J地块开挖完成后支护机构水平变形42.4mm，J地块施工完

28、毕时地连墙水平变形50.0mm，有一定的增加。开挖到底西侧换撑结束西侧建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块开挖对地铁连接通道有限元分析J地块施工引起的地表沉降分析J地块开挖后引起的地表增量沉降最大值发生在J地块开挖结束时，如下图所示，增量沉降最大值3.1mm。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块开挖对地铁连接通道有限元分析J地块施工引起的地铁结构

29、变形J地块施工引起的地下连续墙增量变形如下图所示，最大变形发生在换撑结束后，为9.7mm。开挖到底换撑结束建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖J地块开挖对地铁连接通道有限元分析J地块施工引起的地铁结构变形1 对于中间共用地下连续墙，在地铁连接通道基坑开挖情况下J地块基坑未开挖，地连墙向地铁连接通道基坑方向变形，随着地铁连接通道基坑回填完毕，J地块基坑开挖，中间共用地下连续墙向J地块基坑方向回调，整体变形减小再增大，但不超过施工期地铁变形限值20mm。2 对于J地块非邻近地铁侧

30、支护结构变形及内力比不考虑地铁基坑将有所增大，需要对非邻近地铁侧支护结构进行加强设计。3 由于J地块施工引起的地表沉降为3.1mm，不超过地铁变形限值。4 J地块开始施工后引起的地墙变形最大值9.7mm，小于10mm。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research敏感建筑周边基坑开挖工程概况32层楼浅基础，位于中风化岩，中风化岩有结构面，管廊基坑开挖深度约9m，基底位于中风化岩，离32层楼510m。山体原支护剖面建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Aca

31、demy of Building Research地铁周边基坑开挖问题基坑开挖是否需要考虑32层楼荷载？基坑开挖是否需要考虑结构面上岩体的下滑力？隧道建成后32层楼对永久的隧道是否有推力？建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖补勘报告砼45.6923.2421.415.195.6924.70砼45.1924.7021.4123.24交通部东海救助局沥安澜亭沥平面剖面建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Buil

32、ding Research地铁周边基坑开挖补勘报告中风化岩描述岩性为花岗岩，碎裂-块状构造，岩芯多呈碎块状或短柱状，节理裂隙发育，结构面结合程度一般，多呈微张状。岩石为较硬岩，局部硅化，岩体完整性程度属较破碎-较完整，岩体基本质量等级属-级。场地内地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水。浅部孔隙潜水赋存介质主要为杂填土，其中杂填土中多为包气带水，水迳流条件较好。地下水位埋深浅。根据勘察期间现场钻孔观测，地下水实测水位埋深为0.792.10m，高程2.824.52m。基岩裂隙水赋存于风化裂隙、构造裂隙中，构造裂隙发育，但延伸不长，且以闭合为主。主要埋藏在断裂破碎带和构造裂隙之中，连通性一般，无统一地下

33、水位。该含水层组属弱富水含水岩组。节理裂隙根据大厦附近地质调查岩体的结构面赤平投影图分析，该段主要有以下三组结构面：J1（1587），J5（463），J8（1653），其交点位于基坑的同侧，成为影响本段基坑开挖的不利结构面。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖有限元分析有建筑无建筑建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖有限元分析有建筑无建筑破坏安全系数1.42

34、建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research地铁周边基坑开挖有限元分析有建筑无建筑建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research敏感建筑周边基坑开挖工程概况修改支护方案，改为抗滑桩。CONTENTS目 录1有限元在岩土工程中的应用情况2有限元在基坑工程中的应用3有限元在地基基础沉降分析中的应用4有限元在桩基施工影响分析中的应用建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China

35、 Academy of Building Research建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research工程概况某生物发电工程位于内蒙古自治区，场地内主要建筑物有秸秆堆场、水解池、收集池、匀浆池、一体化发酵罐、厂房等。场地内一体化厌氧发酵罐共有8个，平面布置如图1所示，筏板基础，地上一层，罐体高度为8.4 m，罐体直径31.32 m，基础板直径32.82 m，单罐满罐含物料总重量为5 930 t。一体化厌氧发酵罐平面布置图建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司Chin

36、a Academy of Building Research岩土工程条件一体化厌氧发酵罐所在场地土层至上而下依次为：杂填土，粉砂，1粉质黏土，粉质黏土，1粉砂，粉质黏土，1泥炭质土，2粉砂，细砂，细砂。勘察期间地下水水位标高为171.51 m。典型地质剖面fffxxfffxxfffxxGK43182.69171.51GK44183.07171.511.302.1010.0011.90GK45182.79171.51182.09180.79179.99179.59178.49176.59174.29174.09173.49171.59162.59182.47181.37180.47179.071

37、78.57176.67174.47174.07173.87172.87163.07182.29181.39179.39179.09178.49176.59173.79173.49173.29171.39162.791杂填土1杂填土2 1粉质黏土2 1粉质粘土2粉砂2粉砂2 1粉质黏土2 1粉质黏土2粉砂2粉砂4粉质黏土4粉质黏土5粉质黏土5粉质黏土5 2粉砂5 2粉砂5粉质黏土5粉质黏土7细砂7细砂8细砂8细砂建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research分层总和法根据已有设计条件，单罐满罐含物料总重

38、量为59 300 kN，基础直径为32.82 m，基础埋深按1.50 m考虑，基底以上土层的天然重度按16.5 kN/m 考虑，基础及其上土的平均重度为23 kN/m 考虑，计算基础底面处附加压力约为80 kPa。GK61GK62GK63GK40GK41GK42GK43GK44GK45GK46GK47GK48GK49GK50GK51GK52GK53GK54GK55GK56GK57GK58GK59GK60编号钻孔孔号单罐沉降量s/mm发酵罐01GK41129发酵罐02GK46118发酵罐03GK44136发酵罐04GK49125发酵罐05GK53136发酵罐06GK60154发酵罐07GK561

39、46发酵罐08GK61150单罐沉降量钻孔平面布置图建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research模型验证选用1号发酵罐下GK41号勘探孔对上述土体及结构参数进行验证，其有限元模型及网格划分如图5所示。基础板沉降如图6所示，有限元计算的基础板平均沉降129 mm，与分层总和法计算的1号罐沉降129mm一致，说明模型参数选取合理。三维有限元模型基础板沉降建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research周边罐体对罐

40、基础沉降的影响以6号发酵罐为例，分别建单独考虑6号发酵罐和考虑周边罐体对6号发酵罐影响的三维有限元模型。通过有限元分析发现，不考虑周边罐体影响时，6号罐最小沉降112 mm、最大沉降158 mm、平均沉降137 mm，考虑周边罐体影响时，6号罐最小沉降122 mm、最大沉降172 mm、平均沉降150 mm，周边罐体的存在会对罐体沉降产生一定的影响。单罐考虑其他罐体建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research计算结果汇总1号罐2号罐3号罐4号罐5号罐6号罐7号罐8号罐建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学

41、研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research计算结果汇总罐体编 号直径方向整体倾斜量（mm）罐周边不均匀沉降s/L基础最大沉降量（mm）基础最小沉降量（mm）基础平均沉降量（mm）罐010.00015D0.00047157116137罐020.00009D0.00035160117139罐030.00018D0.00047155114133罐040.00036D0.00059164116143罐050.00015D0.00059165120140罐060.00037D0.00059172122150罐070.00030D0.000

42、47167121142罐080.00015D0.00047157113137计算结果汇总表建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research建议（1）罐基础采用天然地基方案时，地基承载力计算考虑深度修正影响方可满足要求，建议场地须整平至183.700m标高后再进行基坑开挖，且平整场地需碾压密实，满足相关规范及设计要求。（2）基础开挖过程中，若基槽底部存在杂填土、软弱土等不符合设计要求的情况，应采用换填法回填级配砂石处理。若基槽边缘存在杂填土或软弱土时，应根据建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2012）中

43、换填材料的压力扩散角算出垫层宽度，并根据当地土方开挖经验放坡，以保证基础传来的上部结构重量有效扩散到持力层上。（3）为减小罐体后期使用时的沉降及差异沉降，建议在罐体做充水试验时采用充水预压的方式，分级充水，每级荷载下沉降稳定后在进行下一级充水，直到充水至最大高度。（4）本工程在施工及使用过程中应进行沉降观测，沉降观测应从基础底板施工完毕时开始，直至沉降稳定为止。CONTENTS目 录1有限元在岩土工程中的应用情况2有限元在基坑工程中的应用3有限元在地基基础沉降分析中的应用4有限元在桩基施工影响分析中的应用建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Aca

44、demy of Building Research工程概况建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research浙江某小区1#楼、2#楼、46#楼南侧紧邻有轨电车。其中1#、5#和6#楼为地上5层、局部地下1层，裙房地上1层的住宅楼，高度为22.25m，2#楼和4#楼为地上7层、局部地下1层，裙房地上1层的住宅楼，高度为28.25m。建筑总长度约220m，宽约14m，总建筑面积为14676.43。结构体系为异形柱框架剪力墙结构，基础形式为预应力离心混凝土空心方桩。小区2017年竣工后业主陆续入住，2020年8

45、月8日9月1日有轨电车一期PHC管桩施工期，相关部门接到了业主投诉居住房间存在开裂现象。（a）楼板南北向裂缝（b）阳台区域抹灰层开裂（c）构造柱和梁连接处有开裂情况（d）客厅吊顶石膏线节点开裂检测评估流程建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research1）对委托方提供的相关工程资料进行整理分析；2）结合项目需要，在现场开展踏勘、检测（含入户调查）等工作；3）对踏勘、检测等工作形成的成果和已有监测数据进行综合分析，开展受委托建筑物结构受力变形、地基基础承载力、建筑物沉降等验算分析；4）基于轨道交通桩基施工

46、资料、建筑物现场检测监测、有限元分析等资料的分析，评估桩基施工对受委托建筑物的影响；5）综合以上分析对受委托建筑物现状进行安全评估，对建筑物裂缝进行分析，并针对建筑物裂缝等提出处理建议，对建筑物后续的使用提出处理措施。岩土工程条件建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research桩基持力层为3砂质粉土和1黏土联合持力层，桩端进入持力层不小于5m或5.5m。1/2号楼，19m；4号楼18m；5/6号，15m场区勘探深度以浅地下水主要为浅部孔隙潜水和深部承压水，孔隙潜水主要赋存于浅部、a、1、2层土中。勘察期

47、间钻孔附近挖坑测得的稳定潜水位标高在0.88-1.46m之间。3层、2层、2层粉性土中赋存微承压水和承压水，水位标高一般在-1.000.00m左右。现场监测情况建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research从上述沉降数据可以看出，1#楼、2#楼、4-6#楼沉降变化趋势在0附近上下波动起伏，无突变情况。截止2020年11月24日周边建筑物沉降累计量在-1.071.11mm之间，各测点沉降速率收敛。从上述沉降数据可以看出，1#楼、2#楼、4-6#楼周边地表沉降变化趋势在0附近上下波动起伏，无突变情况。截止

48、2020年10月28日周边建筑物沉降累计量在-1.711.47mm之间，各测点沉降速率收敛。住宅现状调查建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research住宅现状调查建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research住宅现状调查建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research根据委托方提供的PKPM模型对1#、2#、4-6#楼

49、的承载力及沉降进行验算。各楼的沉降量均较小，在23cm左右，且承台间的差异沉降也很小，均满足规范要求各楼的桩顶最大反力均满足桩基规范5.2.1条根据结构、建筑施工图，在不考虑结构构件现有损伤情况下。采用中国建筑科学研究院有限公司检测评定软件JCPD V2.0建立结构分析模型，对结构进行计算。承载力验算结果整理如下：1）混凝土柱承载力该建筑各层柱的承载力均满足现行规范要求。2）混凝土梁承载力该建筑各层梁的承载力均满足现行规范要求。3）顶板承载力该建筑各层顶板承载力均满足现行规范要求。解析解根据轻轨静压桩施工资料和现场测量结果，得到桩间距依次为1.7m、4.4m和1.7m，桩外0.5m到1#6#楼

50、距离为33m35m，压桩顺序选取最不利压桩顺序，即建筑物在桩的迎桩面，具体见下图所示。周边环境影响从下图中红点开始统计。桩间距影响系数取20。建筑云联盟建筑云联盟中国建筑科学研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司China Academy of Building Research管桩施工挤土效应分析解析解00.40.81.21.622.40204060水平位移/mm距桩的水平距离/m00.40.81.21.60204060隆起变形量/mm距桩的水平距离/m桩-1压完后周边环境水平位移及隆起变形0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 0204060水平位移/mm距桩的水平距离/m0.