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摘要：本论文以层状岩质基坑工程理论为基础，使用岩土专业计算分析软件FLAC3D，对“世纪夏都·城市花园”项目基坑开挖进行数值模拟分析，用以检验理论计算结果的准确性。
关键词：层状岩质基坑；开挖；支护；数值模拟；FLAC3D
1 概 述
随着我国城市化进程的加快，城市高层建筑越来越多的出现伴随而来的便是大量的城市深基坑的开挖。城市中的深基坑由于其所处地理位置的特殊性，在基坑周围往往有大量的城市基础设施以及已经建成的房屋建筑。
因此，对于复杂环境下的层状岩质深基坑开挖与支护进行数值模拟分析，对实际工程的开挖与支护设计具有指导意义。
2 工程概况
2.1 基坑概述
“世纪夏都·城市公园”基坑施工场地位于贵阳市中心，大致呈90 m×52 m矩形状，其上拟建两栋三十层塔楼及相应的附属设施组成的建筑群，共计占地9 000 m2，建筑群均有四层地下室，其地面标高1 065.5 m，地下室底板标高为1 038.5 m。
图1 边坡支护方案图
由于建筑物设计的需要，需开挖约27 m的深基坑。其场区地貌位于贵阳构造溶蚀盆地中段高台地，南侧紧邻市府路，西侧距贵阳市中级人民法院大楼仅3 m，北侧距中山西路约20 m，无放坡条件（见图1）。
2.2 数值模拟及支护设计参数
经勘察，本工程场地未发现溶洞，场地岩溶发育特征为微发育，地表水和地下水排水条件良好，地层分布特性如表1所示，岩层产状为倾向147°～153°，倾角9°～3°，层状结构明显，为顺层层状岩质基坑，且分布有软弱结构面，为该基坑各开挖面的重点检测对象。取该基坑壁处一最不利断面进行三维可视化模拟，并进行数值分析。
表1 场地地层分布特征
岩土层名称 重度（kN/m3） 内摩擦角（°） 粘聚力（kPa） 弹性模量（MPa） 泊松比
杂填土 18 5 10 15 0.27
强风化白云岩 22 18 50 1300 0.35
软弱结构面 24 12 21 7.5 0.35
中风化白云岩 26.2 25 60 8500 0.25
3 数值模拟计算模型
3.1模型建立
本次计算的模型范围取基坑西侧的长度为10 m的基坑壁进行数值模拟。模型采用FLAC3D所提供的brick和uwedge原始模型分块生成。总的网格划分原则是：在软弱结构面层的范围内网格划分相对较密，周边部分由密变疏，用interface命令建立软弱接触面。
该模型的开挖支护共分成9个部分来进行。第一步开挖3 m，在基坑壁1 m处设置锚杆，并喷射C20混凝土层进行支护；第2到7步每步开挖3 m，锚杆和预应力锚索间隔1.5 m，交互式排列（如图3所示），混凝土层进行支护；第8、9步采用锚杆进行支护，间距3 m，并喷射C20混凝土层进行支护。锚杆采用FLAC3D 中的索结构（cable structure），喷射混凝土面层采用FLAC3D中的壳结构（shell-type structure）。
图3 基坑西侧6-6断面三维锚固图
3.2数值模拟计算结果分析
施工完成后岩土体水平位移云图见图4（a）-（j）。从图中可以看出，基坑开挖完成后，水平最大位移量为13 mm（图4-j），最大位移发生在第9步。计算结果表明，基坑的最大水平位移并不发生在基坑顶部，而发生在侧壁中间靠近坑底的位置。地表的最大水平位移也不是发生在基坑侧壁，而发生在距基坑4 m处，位移量为11 mm。
图4 水平位移特征图
由影响范围来看，在坡面后的1H范围内，土体水平位移变化显著；当距坡顶大于2H时，岩体水平位移较小。由位移等值曲线形态来看，因受锚索加固的影响，等值线不很规则，但总体上呈圆弧状。由位移值看，计算的最大位移小于基坑边坡变形量临界值20 mm，说明基坑在支锚后水平位移在合理范围之内，基坑稳定。
4 结 论
（1）随着基坑开挖深度的增加，基坑侧壁的水平位移逐渐增大，基坑的最大水平位移13mm并不发生在基坑顶部，而发生在侧壁中间靠近坑底的位置。地表的最大水平位移也不是发生在基坑侧壁，而发生在距基坑4 m处，位移量为11 mm。
（2）FLAC3D能很好的对基坑分布开挖和支护进行模拟，而且interface命令建立软弱接触面能更好的模拟实际工程中层状岩体夹有软弱结构面的情况。
（3）FLAC3D只模拟了一段长度10m的基坑边坡分布开挖情况，实际工程中也是采用分段分层开挖支护的，模拟结果与实际工程基本吻合，对实际开挖支护设计有一定的指导意义。
参考文献：
[1]李巍.层状岩质基坑三维可视化系统初步研究[D].贵阳：贵州大学硕士学位论文，2009
[2]李巍，段富凯.深部位移监测技术在城市深基坑监测中的应用[J]；山西建筑；2009年第35卷第3期
[3]刘波，韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.
[4]FLAC3D在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用[J]；岩土力学；2006年第27卷第3期
[5]于振輝，刘增东等.基坑支护工程稳定性的FLAC3D数值模拟分析[J]；西部探矿工程；2010，22（11）
关键词：层状岩质基坑；开挖；支护；数值模拟；FLAC3D
1 概 述
随着我国城市化进程的加快，城市高层建筑越来越多的出现伴随而来的便是大量的城市深基坑的开挖。城市中的深基坑由于其所处地理位置的特殊性，在基坑周围往往有大量的城市基础设施以及已经建成的房屋建筑。
因此，对于复杂环境下的层状岩质深基坑开挖与支护进行数值模拟分析，对实际工程的开挖与支护设计具有指导意义。
2 工程概况
2.1 基坑概述
“世纪夏都·城市公园”基坑施工场地位于贵阳市中心，大致呈90 m×52 m矩形状，其上拟建两栋三十层塔楼及相应的附属设施组成的建筑群，共计占地9 000 m2，建筑群均有四层地下室，其地面标高1 065.5 m，地下室底板标高为1 038.5 m。
图1 边坡支护方案图
由于建筑物设计的需要，需开挖约27 m的深基坑。其场区地貌位于贵阳构造溶蚀盆地中段高台地，南侧紧邻市府路，西侧距贵阳市中级人民法院大楼仅3 m，北侧距中山西路约20 m，无放坡条件（见图1）。
2.2 数值模拟及支护设计参数
经勘察，本工程场地未发现溶洞，场地岩溶发育特征为微发育，地表水和地下水排水条件良好，地层分布特性如表1所示，岩层产状为倾向147°～153°，倾角9°～3°，层状结构明显，为顺层层状岩质基坑，且分布有软弱结构面，为该基坑各开挖面的重点检测对象。取该基坑壁处一最不利断面进行三维可视化模拟，并进行数值分析。
表1 场地地层分布特征
岩土层名称 重度（kN/m3） 内摩擦角（°） 粘聚力（kPa） 弹性模量（MPa） 泊松比
杂填土 18 5 10 15 0.27
强风化白云岩 22 18 50 1300 0.35
软弱结构面 24 12 21 7.5 0.35
中风化白云岩 26.2 25 60 8500 0.25
3 数值模拟计算模型
3.1模型建立
本次计算的模型范围取基坑西侧的长度为10 m的基坑壁进行数值模拟。模型采用FLAC3D所提供的brick和uwedge原始模型分块生成。总的网格划分原则是：在软弱结构面层的范围内网格划分相对较密，周边部分由密变疏，用interface命令建立软弱接触面。
该模型的开挖支护共分成9个部分来进行。第一步开挖3 m，在基坑壁1 m处设置锚杆，并喷射C20混凝土层进行支护；第2到7步每步开挖3 m，锚杆和预应力锚索间隔1.5 m，交互式排列（如图3所示），混凝土层进行支护；第8、9步采用锚杆进行支护，间距3 m，并喷射C20混凝土层进行支护。锚杆采用FLAC3D 中的索结构（cable structure），喷射混凝土面层采用FLAC3D中的壳结构（shell-type structure）。
图3 基坑西侧6-6断面三维锚固图
3.2数值模拟计算结果分析
施工完成后岩土体水平位移云图见图4（a）-（j）。从图中可以看出，基坑开挖完成后，水平最大位移量为13 mm（图4-j），最大位移发生在第9步。计算结果表明，基坑的最大水平位移并不发生在基坑顶部，而发生在侧壁中间靠近坑底的位置。地表的最大水平位移也不是发生在基坑侧壁，而发生在距基坑4 m处，位移量为11 mm。
图4 水平位移特征图
由影响范围来看，在坡面后的1H范围内，土体水平位移变化显著；当距坡顶大于2H时，岩体水平位移较小。由位移等值曲线形态来看，因受锚索加固的影响，等值线不很规则，但总体上呈圆弧状。由位移值看，计算的最大位移小于基坑边坡变形量临界值20 mm，说明基坑在支锚后水平位移在合理范围之内，基坑稳定。
4 结 论
（1）随着基坑开挖深度的增加，基坑侧壁的水平位移逐渐增大，基坑的最大水平位移13mm并不发生在基坑顶部，而发生在侧壁中间靠近坑底的位置。地表的最大水平位移也不是发生在基坑侧壁，而发生在距基坑4 m处，位移量为11 mm。
（2）FLAC3D能很好的对基坑分布开挖和支护进行模拟，而且interface命令建立软弱接触面能更好的模拟实际工程中层状岩体夹有软弱结构面的情况。
（3）FLAC3D只模拟了一段长度10m的基坑边坡分布开挖情况，实际工程中也是采用分段分层开挖支护的，模拟结果与实际工程基本吻合，对实际开挖支护设计有一定的指导意义。
参考文献：
[1]李巍.层状岩质基坑三维可视化系统初步研究[D].贵阳：贵州大学硕士学位论文，2009
[2]李巍，段富凯.深部位移监测技术在城市深基坑监测中的应用[J]；山西建筑；2009年第35卷第3期
[3]刘波，韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.
[4]FLAC3D在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用[J]；岩土力学；2006年第27卷第3期
[5]于振輝，刘增东等.基坑支护工程稳定性的FLAC3D数值模拟分析[J]；西部探矿工程；2010，22（11）