摘要：ABAQUS有著強大的巖土本構，非常適合于巖土工程研究，可以考慮固結、滲流、穩定、開挖、填方、（溫度、應力、滲流等）耦合、地震分析等眾多問題。對于超深基坑復雜應力及地下水模擬有著較好的優勢，是一種比較成熟的有限元分析軟件。
　　關鍵字:有限元分析；超深基坑；ABAQUS
　　一、論文引言
　　ABAQUS是一套功能強大的工程模擬有限元軟件，解決從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。ABAQUS包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。擁有各種類型的材料模型庫，有著強大的巖土本構，非常適合于巖土工程研究。
　　本方案有限元模型來源為上海某地鐵科研監測的軌道交通0號線路某車站。
　　車站為地下三層島式車站，車站主體為雙柱三跨結構。車站結構長157.2m，標準段寬22.8m。車站地下連續墻厚1000mm，墻深52m。標準段基坑開挖深度約24.3m，端頭井基坑開挖深度約26m。
　　二、有限元模擬內容
　　1、基坑開挖變形及土體位移場
　　基坑開挖會使得圍護結構產生變形，圍護結構的變形就會帶動墻后土體位移的變化。而圍護結構的位移主要受到以下一些因素的影響。
　　1支撐剛度與墻體剛度
　　根據不同墻體厚度下地下連續墻在最后施工工況下的位移可知，當圍護墻厚度從0.6m增加到1.0m時，圍護墻的水平位移明顯減小，可見適當增加墻體厚度可以有效減小墻體的水平位移，但當墻厚增加到一定程度時，再通過增加墻體厚度來減小位移作用不大。同理，當支撐剛度過度增大，其效果也逐漸減弱，本方案也將著重找到針對超深基坑支撐與墻體剛度之間的最優化方案。擬采用二維有限元模擬。
　　2圍護結構插入深度
　　在上海這樣的軟土地區的一般基坑，插入比一般都會達到0.8左右，但是對于超深基坑，墻體插入比如果仍然采用0.8這樣的標準是不合理也是不經濟的。因此研究超深基坑的合理插入深度是十分必要的。模型將主要采用二維模型進行插入深度的模擬。
　　3開挖、支撐工況
　　劉建航院士為首的課題組從國內軟土地區，特別是上海地區近十年來在深基坑的施工實踐和試驗研究成果中認識到：在深基坑開挖及支撐過程中，開挖面無支撐暴露時間、開挖速度、開挖順序等時間因素以及基坑每步開挖土方的大小、深度等空間因素對基坑支護結構及周圍土體的變形有一定的相關性，明確地提出了時空效應的概念[1]。
　　在上海十多年來的一般深基坑實踐當中，已經積累很多開挖、支撐工況對于圍護結構變形所產生影響的經驗，所以在此次模擬中將只把開挖深度超過20m以上深度的基坑做為研究對象。
　　4施工工法對比（逆作法和順作法）
　　在已有的地鐵車站的施工建設中，順作法是常用的施工方法，具有施工作業面多、工程造價低等特點。一般深度的基坑在條件允許的情況下都會優先采用順作法。但在市中心深度超過20m的基坑，由于基坑安全性和環境保護的要求更多的采用了逆作法施工。但逆作法施工代價高，工期長。由于上海地區軟土呈現出明顯的流變特性，所以在較長的工期內內墻體位移仍然會緩慢的增大。在4號線董家渡修復工程中，雖然挖土深度接近40m，但是墻體變形并不比一般逆作法基坑大[2]。這就使得我們考慮對于超深基坑，如果采用的鋼支撐剛度更大（如采用雙拼），預應力均按要求施加，是否也可以使得圍護結構的變形控制在一個較小的范圍內。使得工期、經濟性、環境保護達到最優化。
　　所以本次模型中將著重模擬當基坑深度達到20m以上時，采用不同工法對變形控制的能力。將以二維模型計算為主要研究手段。
　　2、坑底、立柱隆起與承壓水模型
　　基坑開挖的過程是基坑開挖面上土體卸荷的過程，由于卸荷引起基坑坑底土體產生以向上為主的位移。當開挖深度不大時，坑底土體在卸荷后發生垂直的彈性隆起，其特征是坑底中部隆起最高，而且坑底隆起在開挖停止后很快停止，這種坑底隆起基本上不會引起圍護墻外側土體向坑內移動。隨著開挖深度的增加，基坑內外的土面高差不斷增大，就會使圍護墻外側土體產生向坑內的移動，使坑底土體產生向上的塑性隆起，其特點是兩邊大中間小，同時在基坑周圍產生較大的塑性區，并引起地面沉降。
　　基坑內土方開挖的直接作用引起開挖面以下土層的隆起變形，坑底隆起引起立柱樁的上浮。樁的上抬也促使樁端土體應力釋放，樁端土體也產生隆起，樁也隨之上抬，但上部結構的不斷加荷以及變異性較大的施工荷載會引起立柱的沉降，可見立柱豎向位移的機理比較復雜。在這一復雜機理的背后是立柱與土體的之間變形協調的問題，也即有限元模擬中的接觸單元設定問題。由此模擬的重點將會對立柱樁與土之間接觸單元的調整。
　　同時由于坑底承壓水頭的作用，立柱也會發生較大的隆起變形。所以在結合對坑底和立柱隆起的研究中，加入對承壓水頭的模擬。通過軟件對不同土層水頭的設定，來分析在不同承壓水頭下坑底和立柱隆起的情況及其對圍護結構變形的影響。
　　一般地鐵基坑寬度較窄，而長度很大。所以在寬度方向上的坑底隆起效應相較于縱向方向要弱。同時立柱的隆起也呈現出中間大兩頭小的空間效應。所以在本研究內容中，二維和三維的有限元模擬將交叉進行。
　　三、有限元模擬結果比對研究
　　對有限元模擬的結果將采用兩種方式的研究方式：自身規律性的研究和與通過其他途徑得到的結果的對比研究。自身規律性的研究具體內容如上節中所述。與其他結果的對比研究包括：
　　1、與實測的對比。結合車站基坑進行的現場實驗監測數據進行對比研究，耗時較長。
　　2、與經驗公式的對比。在上海近十幾年的地下工程大規模建設中，積累相當多的經驗，特別是對于一般的深基坑的相關經驗。有限元模型的計算結果將與這些已有的經驗進行比較分析。
　　參考文獻
　　1、劉愛華;黎鴻;羅榮武.時空效應理論在軟土深基坑施工中的應用[J].地下空間與工程學報,2010,3
　　2、江曉峰;劉國彬;張偉立;李翔宇.基于實測數據的上海地區超深基坑變形特性研究[J].巖土工程學報,2010,S2