開挖的案例
5個要點控制土方開挖不再難！
對地下水位較深采取不排水開挖時，亦可分層用不同機械開挖，先用正鏟挖土機挖地下水位以上的土方，再用拉鏟或反鏟挖地下水?以下的土方，用自卸汽車運土。
2、基坑坡度
確定挖方邊坡度應根據土質情況、場地大小、地下水情況和基坑深度等而定，同時還要考慮施工環境、相鄰道路及邊坡地面荷載等的影響。
開挖深度較大的基坑，當采用放坡挖土，宜設置多級平臺分層開挖，每級平臺的寬度不宜小于1.5米。
3、土方開挖方法
土方開挖方法有分層開挖、分段開挖、盆式開挖、中心島式挖土等幾種，根據基坑面積大小、開挖深度、支護結構形式、環境條件等因素選用。
1)分層開挖
2)分段挖土
3)盆式挖土
4)中心島式開挖
4、大面積基坑開挖
在標高變化處做成45°斜坡。
5、深基坑開挖
分2-3層開挖，并修筑10-15%的坡道。
6、多層接力開挖
7、深基坑開挖
機械接力挖運，挖好后搭枕木垛的方法，使挖土機開出基坑。。
8、預留土層厚度
在基坑底留150-300mm厚的土層用人工挖掘修整。
9、巖石基坑開挖
采用控制爆破方法，將基巖松動爆破成碎塊。對大面積較深的基坑，打豎井進行爆破。
展開 煤礦開采/生死單元/地應力平衡/ABAQUS/基坑開挖/隧道開挖/摩爾-庫倫模型等 ￥300
本教程以煤層開挖過程為例，在ABAQUS中建立仿真模型，結合地應力平衡、生死單元（Model change）、 Mohr-Coulomb 模型等開展仿真分析。
仿真模型可用以分析煤層開挖過程中的巖體變形及破壞情況，地應力平衡、生死單元功能可拓展用于基坑開挖、巷道開挖、隧道開挖等工程分析。
詳細設計及操作過程請下載附件，附件內包含2維開挖模型，3維逐步開挖模型，3維逐層開挖模型等3種模型源文件，學習過程中若存在問題，可詢2923247172@qq.com。
展開 軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2
1 引言
在Part 1【軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1】中，建立了兩層土的材料模型：上層軟土(Soft Soil)和下層硬化土(Hardening Soil); 使用板單元模擬了地下連續墻，并且設置了界面元，用來模擬墻與土的相互作用。接下來需要定義分步開挖步驟，設置水平支桿支撐以及地面上的線性載荷，最后定義計算階段。
2 分步開挖
在設置水平支桿之前，必須首先定義分步開挖深度。這是因為在實際施工過程中，開挖水平必須超前支護某一定深度(0.5~1.0m)，給支護留有一定的作業空間，這個工作原理基本上使用在所有的垂直開挖或帶有一定放坡的開挖中，例如使用土釘支護的基坑。本題計劃分為三步開挖，第一步開挖至2m([50,18]-[65,18])，第二步開挖至10m([50,10]-[65,10]), 第三步開挖至20m，第三步開挖不需要設置，系統會自動定義到粘土層和砂層的邊界。開挖深度使用“Create line”命令畫上述兩條線即可。
3 設置支桿
在分步開挖設置完成后，定義水平支桿用來支撐連續墻。支桿使用彈簧元(spring element)表示，這是一個固定端錨(Fixed-end anchor)，在“ Create structure”工具欄下選擇"Create fixed-end anchor"，錨固點為[50,19]，然后輸入支桿的材料參數軸向剛度(Axial stiffness)和平面外的間距5m。等效長度(Equivalent length)是連接點和固定端點之間的實際距離。由于計算模型是實際模型的一半，支桿中間的點是固定的，因此等效長度為15m,如下圖所示。
展開 基坑分層開挖錨拉樁支護數值模擬 ￥59
基坑分層開挖錨拉樁支護數值模擬技術難點總結起來如下：
1、初始地應力平衡。不平衡的原因，往往是一開始就把錨桿嵌入地層了。
2、接觸設置。由于涉及到分層開挖，樁，預應力錨桿，所以要設置很多接觸，這些接觸包括：樁土永久性接觸，樁土暫時性接觸。在開挖過程中，部分接觸要失效。
3、生死單元功能。模擬分層開挖。
4、預應力錨桿嵌入土體。
5、錨桿與樁的連接。這里采用節點耦合方式處理。
6、錨桿預應力施加。設置熱膨脹系數，采用降溫法使錨桿產生預應力。
7、開挖與支護分析步設置。先開挖一層，設置一個分析步；然后立即對錨桿施加預應力支護，也設置一個分析步。
圖1 基坑分層開挖支護模型
圖2 地應力平衡時的位移
圖3 開挖第一層位移
圖4 開挖第二層位移
圖5 開挖第三層位移
圖6 開挖第四層位移
圖7 地應力平衡時等效塑性應變
圖8 開挖第一層等效塑性應變
圖9 開挖第二層等效塑性應變
圖10 開挖第三層等效塑性應變
圖11 開挖第四層等效塑性應變
展開 
基坑開挖深度怎么算？
正文如下：
說到基坑開挖深度，現階段，我國怎么規定基坑開挖深度？基本概況如何？
以下是中國下面梳理相關基坑開挖的步驟相關內容，基本情況如下：
為了幫助相關人員了解基坑開挖深度確定方式，下面通過相關內容梳理，基本情況如下：
基坑是在基礎設計位置按基底標高和基礎平面尺寸所開挖的土坑。開挖前應根據地質水文資料，結合現場附近建筑物情況，決定開挖方案，并作好防水排水工作。開挖不深者可用放邊坡的辦法，使土坡穩定，其坡度大小按有關施工程規定確定。開挖較深及鄰近有建筑物者，可用基坑壁支護方法，噴射混凝土護壁方法，大型基坑甚至采用地下連續墻和柱列式鉆孔灌注樁連鎖等方法，防護外側土層坍入；在附近建筑無影響者，可用井點法降低地下水位，采用放坡明挖；在寒冷地區可采用天然冷氣凍結法開挖等等。 通過甲方給定或規劃圖所確定基點，通過基點高程傳遞高程到所測定的擬建建筑附近，所標示的位置為固定位置且施工過程中不至于妨礙的位置；方策開挖線后，使用水準儀及標尺桿傳遞高程到坑壁，固定高程固定點。在坑底以梅花形1.5m間距布測量點，逐漸外推和擴展，完成開挖。 基坑屬于臨時性工程，其作用是提供一個空間，使基礎的砌筑作業得以按照設計所指定的位置進行。基坑開挖工程量按基坑容積計算。一般來說，深基坑是指開挖深度大于等于5m的基坑。
基坑開挖的計算公式如下：
1、不放坡不支擋土板：此時的基坑是一個長方體或者圓柱體。
當為長方體時：挖基坑工程量 = h
當為圓柱體時：挖基坑工程量 = *r*r*h
2.放坡：此時的基坑是一個棱臺或者圓臺。
展開 隧道開挖三維模擬-1
1、引言
早期的隧道開挖模擬常假設為二維平面應變問題，為了反映隧道開挖面引起的應力松弛，學者們提出了不同的處理方式，如convergence-confinement method（或Stress relief method）（圖1），progressive softening method（圖2）, gap method（圖3）等。這些方法沒有完整體現開挖的三維效應。
圖1
圖2
圖3
隧道開挖的三維模擬一般通過“step-by-step”的形式實現，即首先無支撐下開挖一段土體（單元移除），然后在相應位置設置襯砌管片，然后進行下一步開挖。近年來也有學者嘗試完整模擬真實的開挖過程，如開挖機具（盾構）推進、灌漿等https://doi.org/10.1002/nag.395)。本系列首先介紹step-by-step分步三維開挖模擬方法。
2、算例要點
（1）考慮彈性模量隨深度變化（Gibson地基）：利用材料參數的溫度相關性。
（2）利用蒙皮（skin）模擬襯砌。
（3）利用單元生死模擬隧道施工。
3、算例概況
該算例改編于Franzius J N. Behaviour of buildings due to tunnel inducedsubsidence[D]. Department of Civil and Enviromental Engineering. ImperialCollege of Science, Technology and Medicine. London, SW7 2BU, 2003.利用對稱性，模型如圖4所示，在地面以下30.5m開挖一個直徑4.75m的隧道，開挖沿x負向進行。
展開 某橋梁岸坡開挖坡率的確定
作者：武博強
某大橋原岸坡坡度平均為45°，后受河流沖刷及季節性降雨影響，下部邊坡平均坡度為75°，上部邊坡平均坡度為52°，巖土體性質單一，主要為卵石土，均大于卵石土一般情況下的天然休止角，橋梁樁基承臺施工需考慮可能出現的失穩情況，最終確定方案是進行放坡開挖，承臺下降。
為此我進行了開挖坡率的確定，當我拿到地勘資料的那一刻，我知道，這又沒什么用，只能反分析了，根據極限平衡法可以判定該處卵石土屬于密實卵石土，地勘資料顯示c=1kpa，內摩擦角φ=35°，顯然與實際不符，因此該數據具有離散性不能作為參考，本次采用反分析法綜合確定粘聚力c=1kpa，內摩擦角φ=43°。目前宏觀判定該岸坡屬于基本穩定狀態，Fs＞1.05，現場頂部未出現拉張裂縫，由于降雨和河流沖刷仍在變形，因此開挖邊坡的坡率應從少擾動盡量緩的思路進行放坡，同時應避免影響2號橋墩。綜合確定開挖坡度為1:0.75，第一級坡10m后設置2m臺階，第二級坡直接放至2號橋墩承臺開挖處，坡率仍采用1:0.75。
展開 土方開挖：不用挖機用水沖？“水力沖挖”方式見識一下！
五
泥漿運至棄土場
?
1、棄土處租用70T躉船用以泥漿船停靠
2、到達棄土碼頭后將泥漿吹填至岸上的泥漿池
3、泥漿晾曬干后運送至棄土場
綜合效益
【環保效益】
通過對比分析，活動后日均土方開挖量由4000m3增加到了5500m3，揚塵也降到了0.83mg/m3以下，噪聲晝間降到60dB(A)以下、夜間降到48dB(A)以下，土方施工效率以及綠色施工環境指數得到有效提高。
【工期效益】
常規單一機械開挖效率為4000/5150=77.6%。排除其他因素影響，在項目的精心組織下，項目采用水力沖挖土方船運結合傳統機械開挖，提高了土方開挖的效率，開挖效率在原基礎上提高（5500-4000）/5150=29%，項目土方施工實際進度快于計劃進度，原計劃工期172天，實際土方開挖工期151天，節約工期約為21天。
【經濟效益】
相比傳統機械土方僅能在夜晚（22:00~04:00）運土，水力沖挖可以24小時不間斷工作，不間斷運輸，提高了土方施工的效率，同時由于機械開挖難以施工處可由水力沖挖完成，減去了大量的機械挖土及人工掏土時間及費用，格構柱共計300根，按每根費用300元來計，可節約9萬元。原計劃工期172天，實際土方開挖工期151天，節工期約21天，綜合費用每天需1萬元計算，共節約30萬元。
【社會效益】
“機械開挖+水力沖挖”方式對周邊環境影響小，在保證施工進度的同時，得到了業主、環保部門、政府主管單位的一致認可。當然也為同行在土方施工中提供可參考依據，亦為相似工程拓展了一條綠色施工之路。
展開 隧道開挖過程的CEL三維大變形有限元模擬
隨著隧道的開挖，刀盤的推理和扭矩逐漸增大，并最終達到一個穩定值，最終的的推力約為25 MN，扭矩2.5MN?m。計算得到的推力和扭矩，可以為實際工程的施工提供參考，有效地控制開挖速度，避免開挖造成顯著的地表沉降。
圖6：刀盤的推力隨開挖時間的變化過程
圖7：刀盤的扭矩隨開挖時間的變化過程
5.結論
（1）CEL大變形有限元方法可以模擬隧道開挖的整個過程，能有效地模擬開挖過程中土體的大變形；
（2）CEL大變形方法可以計算盾構機開挖過程中刀盤的推力和扭矩，能為實際工程提供參考，有效地控制盾構機的開挖速度，避免隧道發生坍塌。
5.硬件與計算時常分析
（1）計算機配置：整個CEL大變形分析是在DELL工作站上進行，配置為3.7 GHz 主頻Intel Xeon W-2255 CPU，128G memory。
（2）計算時間：CEL模型中有964712三維八節點歐拉單元，整個計算時間大概12h.
展開 ABAQUS摩爾庫倫本構不適用于基坑開挖的原因
今天，我們一起來看一看摩爾庫倫本構在基坑開挖中的應用。
眾所周知，我們土體的摩爾庫倫本構是不適用于我們的一般基坑開挖模擬的，很多同學都知道這個結論或者說知識點，但是我在很多地方搜索發現，并沒有告訴我們原因，最后在一個巖土網論壇的大佬帖子中找到了答案。
首先我建立一個基坑開挖的模型，土體尺寸為100m×100m×60m，進行土體開挖，將該土體進行圓形基坑開挖，開挖直徑取為20m，開挖深度為8m。
一共建立兩個模型，一個模型的土體材料用摩爾庫倫本構，另一模型的土體材料采用修正劍橋本構。注意，此處我們只討論不同本構下基坑的變形規律，所以我們的土體并不是一類土(在此處我也不給一種土的數據了，一般的地勘報告也不一定給全)。修正劍橋本構的知識我們后續再講。
土體施加自重荷載，進行地應力平衡后進行開挖，土體邊界條件及荷載圖如下圖所示：
將所建模型進行開挖，最終我們得到基坑的變形圖如下兩圖所示(為觀察方便，給出合適的變形比例)：
摩爾庫倫本構基坑開挖變形圖：
修正劍橋本構基坑開挖變形圖：
由上圖我們可以得知，通過摩爾庫倫本構開挖的基坑會導致巨大的基坑回彈，基坑邊緣變形也與實際情況相反，通過修正劍橋本構開挖的基坑計算中斷(可能是因為土體不同，或本構導致結構卸載彈性模量有變化，修正劍橋本構土體有較大變形導致)但底部有隆起，基坑邊緣向圓心變形，邊緣下滑，由此得知，我們的修正劍橋本構更符合基坑開挖的模擬。
但是，此處開挖時，如果有摩爾庫倫本構繼續開挖，開挖到更深層時，基坑邊緣會產生向圓心變形，邊緣下滑，但距離邊緣一定位置處的土體依然會因為之前的隆起，位移呈現向上隆起的狀態，坑底隆起依舊較大。
展開 錨索和地下連續墻聯合支護的開挖過程模擬(Tieback Wall)
1 引言
先前的軟土地層開挖使用了地下連續墻和支桿對地層進行支護，在硬土地層開挖更多地使用地下連續墻(concrete diaphragm)和預應力錨索(prestressed ground anchors)聯合支護，即Tie-back Wall。下面簡要總結了這個項目的模擬過程和關鍵步驟。
軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1
軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2
軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 3
2 模擬過程
2.1 材料模型
模型的開挖寬度為20m，深度為15m。混凝土連續墻長度為16m，厚度為0.35m。開挖邊界兩側使用兩排錨索支護墻體。為了敘述簡潔方便，這里我使用了"錨索"，等同于"地層錨桿"的稱謂, 這是從采礦工程借用過來的一個術語，錨索與錨桿的本質區別在于長度。在采礦工程中，一般長度8m以下的稱作錨桿，8m以上的稱作錨索。不管怎樣，這只是一個專業的稱謂。錨索長度為14.5m，與水平面的夾角為33.7°（2:3)。在開挖左側地表，存在一個10kPa/m的線性載荷。
地層由三層土組成。第一層是Silt, 厚度3m; 第二層是Sand, 厚度12m; 第三層是Loam, 厚度15m。按照上面的幾何模型建立材料模型。使用“Create borehole”工具產生三層土，均采用硬化土模型(Hardening soil)，排水類型按排干drained。
2.2 安裝地下連續墻
地下連續墻的模擬包括墻體模型建立以及使用界面元模擬墻與土體的相互作用。
展開 
巖土動態簡報|基坑開挖|頂板冒落(6/18/2021)
(突水事故原因和災害管理(Inrush and Inundation in Underground Mine)
2 國內最深基坑42.35m
6月10日, 由中建四局承建的全國房建最深基坑---恒大中心項目基坑8道內支撐施工全面完成, 該項目位于深圳市南山區深圳灣, 建設高度393.9米, 基坑開挖深度42.35米, 開挖面積約8451平方米, 支護總長約370米, 據悉這個項目刷新了中國民用建筑基坑最深記錄. 基底進入微風化花崗巖層最深處達20多米, 微風化花崗巖層強度最高達136MPa, 從而保證了地基的承載力.
由于基坑的地下連續墻距地鐵盾構邊最近僅3米, 因此基坑開挖要保證地鐵不受影響, 在開挖過程中地鐵隧道水平位移和沉降位移控制在10mm以內，預警值為6mm.
世界上最深的民用建筑基坑之一是加利福尼亞州舊金山的Salesforce大廈。這座摩天大樓于2017年竣工，高321米, 共有61層，基坑開挖深度為93米。下圖所示的是位于溫哥華的Burrard Place Tower, 2017年開工, 基坑開挖深度31.5米, 由于地層主要由頁巖(Shale)組成, 而且開挖過程中沒有地下水, 因此施工過程中沒有使用地下連續墻.
地下連續墻(Diaphragm Wall)小結
滑坡監測(Slope Movement Monitoring)
基礎工程---第二章: 天然地基上的淺基礎 (1)
《巖土工程設計與施工》課程總結
3 基坑塌方事故
2021年6月15日16時48分，位于南京市浦口區玉山路的上海建工四建集團有限公司工地的基坑發生坍塌，導致2人被埋，經搶救無效死亡。另外, 事故造成2人骨折受輕傷、1人表皮擦傷。
展開 隧道開挖模擬-2
隧道開挖引起土體隆起不一定都是莫爾庫倫模型的錯，接觸面的激活也有影響。
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1fJtEUgBLBWcgbX9SJp9M5w
提取碼：kydd
為了模擬襯砌和周圍土體的接觸，可在襯砌周邊和土體界面上設置接觸對。按照施工順序，通常在Geostatic分析步移除襯砌單元，然后在第一步開挖中移除土體，在第二步中激活襯砌單元和接觸對。但是由于土體在第一步開挖后向隧道內變形（相應節點跑到了襯砌內部），激活襯砌及接觸對后，ABAQUS會認為接觸對兩側有overclosure，會在激活步中進行調整，使得隧道和土體產生向上的變形，與實際情況不符。圖1是一個平面算例開挖后的豎向位移，圖2是激活襯砌及接觸對后的豎向位移。盡管激活步中沒有施加任何荷載，土體還是出現了明顯的上抬變形。
圖1
圖2
要解決這一問題，必須讓激活后的襯砌的節點位置與開挖后土體變形相協調。這里給出一個簡單的思路：在襯砌位置處設置兩套共節點的重疊單元，單元集1采用較小的模量，在分析中一直保留；單元集2為真實的襯砌單元，在開挖后激活。
展開 軟土地層開挖和支護模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1
下面的題目討論在軟土中的開挖以及支護模擬，主要的模擬內容包括：
(1) 軟土(Soft Soil)模型和硬化土(Hardening Soil)模型;
(2) 水壓力(water pressures)的產生以及不排干Undrained (A)排水類型;
(3) 界面元模擬土-結構相互作用；
(4) 錨固元(anchor elements)以及固定端錨(Fixed-end-anchor)的設置;
(5) 多計算階段(multiple calculation phases)模擬開挖過程(cluster de-activation)。
這個題目的模擬過程比較復雜，計劃分成3至4部分分別討論，今天介紹第一部分Part 1, 主要討論幾何模型和材料模型的建立以及地下連續墻的模擬設置方法。
2 幾何模型
這個例子的工程背景是在靠近河流的地方進行明挖，開挖到一定深度后安裝預制的隧道管道，這種施工方法類似于沉井基礎的施工【沉井基礎(Caisson Foundation)---形狀和尺寸(Shape and Size) (3】。
為了安全開挖到設計深度，需要對開挖周圍的軟土使用地下連續墻和橫向支桿進行支護，如下圖所示。
整個模型由兩層土組成。上層為20米厚的均勻軟土層，下層是30m厚的均勻砂層。擬建的預制隧道坐落在砂層上，因此開挖深度為20米，開挖寬度為30米。開挖兩側使用30米長的地下連續墻支護，連續墻由水平支桿支撐，支桿垂直間隔為5米。
由于開挖在縱向上延伸了很遠的距離，所以使用平面應變模型。此外，在開挖兩側的地表附近考慮了地表荷載，這部分靜態載荷通常是由施工設備引起的。荷載范圍從距地下連續墻2米到7米之間，線性載荷大小為5kPa/m。
由于開挖幾何形狀是對稱的，因此在模型中只分析左邊一半即可。
展開 全斷面開挖對隧道鋼拱架的影響分析
全斷面開挖對隧道鋼拱架的影響分析
模型介紹：對某隧道采用全斷面開挖的方式，研究其在開挖過程中鋼拱架的受力過程。隧道洞身主要為粉質粘土、全風化花崗巖;洞頂上為粉質粘土、素填土;埋深3.5m。
參數設置：鋼拱架重度78.9(kN•m-1)，彈性模量/GPa 206，泊松比0.3；粉質黏土重度19.2 (kN•m-1) ，彈性模量0.171 Gpa，泊松比0.365；全風化花崗巖重度17.6(kN•m-1)，彈性模量0.36 Gpa，泊松比0.25；中風化花崗巖重度19.0(kN•m-1)，彈性模量2.56 Gpa，泊松比0.2；加固區重度78.5(kN•m-1)，彈性模量30 Gpa，泊松比0.3；襯砌重度22(kN•m-1)，彈性模量28 Gpa，泊松比0.2
邊界條件：模型的四周與下邊界全約束，模型上邊界無約束。
Abaqus求解器采用Standard隱式算法
計算模型臨時支撐
計算開挖后隧道鋼拱架的最大主應力、最小主應力和剪應力，云圖如圖所示。
最大主應力
最小主應力 剪應力
計算開挖后鋼拱架的橫向位移、縱向位移、豎直位移，云圖如圖所示
橫向位移
縱向位移 豎直位移
結果分析
鋼拱架最大主應力為0.557MPa，最小主應力為-0.957 MPa，剪切應力為0.955 MPa；鋼拱架應力均遠小于所用鋼材的屈服應力。
鋼拱架橫向位移為2.714mm，縱向位移為0.115mm，豎直位移為8.894mm；鋼拱架位移均符合規范要求
綜上所述，采用全斷面開挖時，鋼拱架各項數值均符合控制標準。
計算機設備：
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