基坑工程的数值模拟可以得出哪些技术结论

大家好，我是马路寒~~~

早呀早呀找朋友，找到一个好朋友~~

哎，今天的推文内容有点长，而且绕，而且复杂，就不劈情操了。

今天换文末劈~哈哈。

写完这个我觉得我得跟你们说晚上好了~

本文多图警告！！

我是正文分割线

NO.16 基坑工程数值仿真案例分析计结果调整。

最近交流群中，关于基坑数值仿真计算结果，坑周隆起的呼声很高~所以我今天随机建立了一个基本上一计算就会隆起的基坑，来分析一下这个计算结果~

这基本上是一个十次计算有九次会得到坑周隆起结果的模型↓↓↓

基坑开挖深度6m，围护桩长11m，钢管撑设置在-1.5m位置（支护方案随机设定）

结合图例来看，坑周基本都是隆起的，距离基坑有点距离的位置，反而是沉降的，为什么会出现这种结果？

模型采用修正莫尔-库伦本构，参数基本按照常规的取值规则来取，如下图：

我们来解决三个问题：

1）出现这种结果，应该怎么调整模型。

2）这种分析结果，真的就不对吗？

3）这种分析结果，给我们进行基坑支护方案调整，有哪些指导意义。

问题1：出现这种结果，应该怎么调整模型。

以下是可以着手的方面调试模型出来的效果，这个表格可以命名为：为了得到“设定好”的结果，我们可以有多丧心病狂。

先不管原因是啥，结果不是我设定好的，按照常规的调整路子先来一遍：

• Round1之最直接有效法：调整卸载模量10倍压缩模量

虽然数值变小了，但是坑周仍旧呈现隆起趋势，此时有建模调整模型经验的工程师，我相信已经慌了。

没事没事，可能是卸载模量调整的不够。

• Round2之我管你是否符合实际：调整卸载模量20倍！

数值计进一步变小了，但是，坑周还是隆起的！

感觉心灵收到了创伤！

一定是打开方式不对。换个方向。

• Round3之江湖传说添加界面单元管用！

OH,MY GOD！果然江湖骗子居多！此方法不靠谱

我还是靠自己发现问题好了。

• Round4之只要我不放弃我一定可以解决！

ummm，高阶单元计算时间长就算了，结果出来为什么是这个鬼样子？

一个问题没解决，另一个问题又冒了出来（是不是仿佛看到了你自己？）

我模型明明建的都对，这软件是不是有毛病？（心态崩之前的过错迁移心路历程）

有可能软件高阶单元这块有BUG。

我再试试细化网格：

• Round5之我再认真、细致的做一个没有任何漏洞的模型

这不科学！！

救命，怎么才能联系上二小姐！哈哈哈哈哈~

意不意外，惊不惊喜，开不开心？

所以，这个模型到底该怎么调整呢~

问题2：这种分析结果，真的就不对吗？

细心的朋友发现了，在本文开头的时候，我说我随机建立了一个模型，这种模型10次有9次的结果是隆起的。我之所以这么肯定随机建立的模型得到的结果一定是隆起的，一是基于之前的数值仿真经验；二是因为，这种窄长条形的基坑，大多就是坑底的隆起起控制作用。第一个原因……ummm，自行领会。第二个原因，我们不妨试着从理论角度分析一下，ummmm，用我浅薄的，传统土力学的知识解释一下。

先说根据分析经验得到的结论，一般来说，越是长条形的基坑，越容易隆起。坑底的隆起，一是因为坑内卸载作用，使坑底直接发生卸载隆起。二是因为，坑内由于开挖，产生临空面，基坑侧壁土体向着坑内发生水平方向位移，同时地表发生竖向沉降，围护结构后面产生主动土压力，而坑内产生被动土压力，土体受挤压发生隆起。

如下图所示，可以想象一下这个过程：

当基坑较宽时，被动区土压力相对独立作用于各自的围护结构脚处，叠加卸载产生的隆起效果，最大隆起值往往在坑底两侧位置，坑中心位置相对较小。此时，土体主要在被动土压力区挤压向上，为围护结构后方土体腾出变形位置，所以往往很容易得到一个理想的沉降Peak曲线，俗称沉降槽。

当基坑深度不变，基坑宽度变窄时，两侧被动区的隆起区域发生重叠，又叠加坑底的卸载隆起，最大隆起值往往发生在坑底的中心位置。此时常常得到坑底土体隆起，同时带动整个围护结构向上走的情况。

我们也可以寻求一个专业书籍中的权威佐证，例如《基坑工程手册》中：

就此分析来验证一下本文中的随机模型的分析结果（较窄基坑）：

对比一个较宽基坑：

根据《基坑工程手册》中阐述的坑底变形状态，对比一下坑底（黄色 区域）的变形结果：

对于长条形基坑，可见坑内只显示为卸载区域（蓝色圆圈图例），未发生塑性。

对于宽基坑，可见坑底显示塑性或屈服（红色圆圈图例）。

所以，这个分析结果到底对不对呢？

结论留给大家自己分析吧~

问题3：这种分析结果，给我们进行基坑支护方案调整，有哪些指导意义。

再回头看一下分析结果。

水平Y方向的位移是这样的☟。可以看到，最大位移是发生在围护桩的底部。

理论上的基坑开挖影响区域与数值分析得到的区域叠加，效果是下图这样的。

所以围护桩呈现出，整体向上，同时桩底端向着坑内变形的趋势。而坑周地表距离围护桩有一点距离的位置，反而会发生沉降。

可以判断，如果基坑发生整体失稳，坑内隆起，相当于围护桩在坑内侧约束放松了，而外侧（红色圆圈集中的区域）发生塑性变形，向着斜向下方推围护桩，围护桩的倾倒方向应该是背离基坑的。

这个时候，基坑的破坏很可能是下图中这种的（图片来自北京交通大学，《土力学原理》）：

对，没错，就是踢足球的时候，下盘收到了攻击：↓↓↓

所以这种情况，设计方案需要调整吗，应该怎么调整捏~~

答案还是留给你自己啦~

大多数工程师在做分析时，常常追求一个设定好的结果——设定好了结论，然后用分析结果去验证这个结论，一旦分析结果跟设定的结论不一致，那就是进行的数值分析有问题，那我们预设的结论就一定是对的吗？根源或许在于，我对我手中的项目，到底最终会呈现一个什么样的状态，连我自己都不确定，所以我对分析结果是否可靠也并不确定。

数值模拟的价值并不在于去验证一个确切正确的结论，而应该是“基于实际资料，为能得到确切的结论提供更多一份证据”，为岩土工程的不确定性，增加更多确定的成分。我们每个人，在面对这份工作的时候，都应该始终怀揣着敬畏，既保持怀疑，更保持慎重。

别看我BB了这么老多，看起来言之凿凿振振有词。实际这篇文章，何尝不是基于一个已经设定好的结论呢~

所以，最后的最后~

我所说的都是扯淡~~~

以上~