基于ABAQUS二次开发的随机有限元法在基坑可靠度计算中的应用

作     者：单逊 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴大志

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 081401[工学-岩土工程] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 0814[工学-土木工程] 0701[理学-数学] 

主      题：Monte Carlo随机有限元 Abaqus二次开发 基坑 排桩+内支撑支护结构 可靠度分析 

摘      要：随着城市发展和地下空间的开发利用,越来越多的复杂深基坑工程日益呈现。排桩内支撑支护结构作为一种常见的基坑支护形式,在设计时对其稳定性和变形的控制要求较高,传统的基坑支护结构均采用定值的设计方法并没有充分考虑材料参数的变异性,因此采用可靠度计算的方法来评估支护结构的稳定性和变形是否满足设计要求更具科学性且更符合实际工程。本文首先解读了可靠度理论方法并介绍了其在基坑工程中的应用,而后在Monte Carlo随机有限元法的基础上,通过Python程序设计语言对Abaqus/CAE有限元模拟软件进行了前后处理层次上的二次开发,最终实现了对排桩内支撑支护结构进行抗倾覆稳定性可靠度计算和变形可靠度计算的目的。为了验证该方法的有效性,结合某工程案例将基坑工程中离散程度较大的土体重度、内摩擦角和粘聚力三个变量作为随机变量对该支护结构进行了可靠度计算,最后利用该方法研究分析了支护结构几何尺寸、开挖区内降水深度、内支撑架设位置的改变对可靠指标的影响。主要开展工作如下:(1)从可靠度理论出发介绍了可靠度的概念和可靠度评价指标、常用的可靠度计算方法、随机变量的分布类型和数字特征等。归纳了可靠性分析理论以及有限元方法在基坑工程中的应用和研究现状,总结了当前研究存在的不足,提出了本文的研究内容。(2)在Monte Carlo随机有限元法的基础上对Abaqus/CAE有限元模拟软件进行二次开发,实现对随机变量进行随机抽样并将样本值带入CAE模型进行循环计算的功能,最后通过ODB文件提取计算结果,利用算法得到相应的结果样本,对结果样本进行统计分析根据近似概率法计算得出支护结构的抗倾覆稳定性可靠度和位移可靠度。结果证明,二次开发技术不仅可以实现基坑工程变形可靠度的计算,同样也能实现支护结构稳定性可靠度计算。(3)在控制其他参数不变的情况下单独改变支护结构的桩径、嵌固深度以及内支撑的架设位置来研究支护结构的几何尺寸改变对可靠指标的影响。利用Abaqus提供的流体渗透/应力耦合分析类型来研究开挖区内降水深度变化对可靠指标的影响。结果表明,支护桩直径增加、内支撑架设位置下移、开挖区降水深度增加对位移可靠度的提升效果显著;内支撑位置上移、支撑水平间距减小、开挖区降水深度增加对抗倾覆稳定性可靠度的提升较为明显。本文所得成果可为基坑支护结构的设计和优化提供参考。