[发明专利]一种复杂边界基坑模型构建方法

说明书

本发明公开一种复杂边界基坑模型构建方法，按照绘制模型复杂边界→定义线的属性→生成平面→扩展实体→投影→分割土体→布尔运算→生成共享面步骤完成复杂边界基坑模型构建。本发明在构建基坑模型的过程中，将沿基坑外框线和内支撑中心线设置的支护结构考虑在内扩展成具有属性的线，并将线投影到扩展实体上，从而使所构建的模型更加贴近实际、分析结果更加准确，为深基坑工程分析提供了有效的数据支持。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及基坑稳定性分析，尤其涉及一种复杂边界基坑模型构建方法。

背景技术

在多年的工程实践中，针对不同的基坑工程条件，形成了相对成熟的围护型式：(1)排桩+锚索的基坑支护结构形式(以下简称“基坑桩锚支护”)，其适用于一些支护形式(地下连续墙、土钉墙等)受到实际空间条件的制约而无法实施的施工环境，能够有效控制基坑水平位移，保护邻近基坑的建筑物；(2)钻孔灌注桩结合外侧水泥土旋喷桩止水帷幕的围护方式，由于其具有施工工艺简单、质量易控制、桩径和桩距可根据需要灵活调整等优点，已成为深基坑工程的主要围护型式之一。

很多位于城市中心地区的深、大型基坑，周围紧邻敏感的建(构)筑物如地铁隧道、市政管线和地铁车站等，在此敏感环境条件下的深基坑工程在设计阶段就必须评估基坑开挖可能对周边环境产生的影响，进而采取合理的技术措施确保周边环境安全。由于问题的复杂性，传统的解析方法已经难以合理地分析基坑开挖对周边环境的影响。随着计算机技术、土体本构关系的发展，有限元分析方法愈加完善，其能考虑土层的分层情况和土的性质、支撑系统分布及其性质、土层开挖和支护结构支设的施工过程以及周边建(构筑)物存在的影响等复杂因素，已成为深基坑工程分析的最有效方法。

建立正确的有限元几何实体模型是整个有限元分析过程中尤为关键的一步，其应真实地反映实际的工作情况。有限元模型的建立有直接法和间接法两种：直接法是直接根据分析结构的几何外形建立节点和单元；间接法是点、线、面和体先建立几何模型，再进行网格划分，以完成有限元模型的建立。简单的结构系统可以使用直接法，而间接法则适应于节点及单元数目较多的复杂几何外形结构系统。几何模型的繁易程度决定了节点和单元的数量，节点和单元越多，划分的网格质量越高，但求解运行时间越长。因此几何模型建立的好坏直接决定数值分析结果的准确性、可靠性，尤其是对于复杂的模型。

现应用较为广泛的基坑桩锚支护几何建模方法是将排桩按照刚度等效原则等效为地下连续墙。大部分学者与工程师认为排桩支护结构虽然由单根桩组成，但它的受力形式与地下连续墙相似且桩间距较小，冠梁和围镖增加了排桩的整体性，因此可以通过抗弯刚度相等的原则，将排桩支护结构折算成一定厚度的地下连续墙。此等效方法过度追求简化建模过程和缩短求解时间，无法表征排桩所用材料、间距，虽然计算过程简单，但是无法保证分析结果的准确性、可靠性。

发明内容

本发明针对现有基坑桩锚几何建模方法存在的因过度追求简化导致无法真实评估基坑开挖对周边环境所产生的影响问题，提供一种复杂边界基坑模型构建方法，充分考虑排桩材料、间距等重要特征参数，使所构建的模型更加贴近实际、分析结果更加准确。

为了达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案来实现。

本发明提供的复杂边界基坑模型构建方法，包括以下步骤：

S1绘制模型复杂边界：导入包含基坑外框线和内支撑中心线的基坑及支护结构平面，并构建用于表征支护结构的线，同时自基坑外框线向外延伸基坑设计或实际深度的若干倍得到整个模型的边界线；

S2定义线的属性：利用基坑及支护特征参数对基坑外框线、内支撑中心线及沿支护桩或立柱轴向扩展的线的属性进行定义；

S3生成平面：利用基坑外框线生成坑内土体平面，同时利用基坑外框线与整个模型的边界线生成坑外土体平面；

S4扩展实体：将步骤S3得到的两个平面沿垂直于平面的深度方向分别扩展出实体；