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兰州地铁红砂岩基坑开挖监测与数值模拟分析
引言
兰州地铁的建设为改善城市交通状况，促进城市发展起到了积极的推动作用。然而，地铁的施工过程中，特别是基坑开挖阶段，地下结构的变形和围岩破坏等问题不容忽视。因此，开展兰州地铁红砂岩基坑开挖监测与数值模拟分析，对确保地铁的安全运营具有重要意义。
一、兰州地铁红砂岩岩体特征
红砂岩是兰州地铁所处区域的主要地质岩层，具有较强的风化程度、大的孔隙度和可塑性。该岩体由于受到地下水的侵蚀和外力作用的影响，容易引起不稳定和破坏。因此，在开挖基坑时需要进行详细的岩体调查，并采取相应的支护措施。
二、兰州地铁红砂岩基坑开挖监测
1.监测内容
（1）地表沉降监测：通过布设沉降观测点，采用精密水准仪或全站仪等测量工具，对基坑周边地表沉降进行实时监测。
（2）内部位移监测：在基坑周边和基坑内部埋设测斜管，通过测斜仪测量位移的变化，判断围岩的稳定性。
（3）支护结构位移监测：通过安装应变计和位移传感器等传感器，监测基坑支护结构的变形和稳定性。
2.监测方法
（1）地表沉降测量：选择地表固定点，布设沉降仪器，每隔一定时间进行测量，得到地表沉降的变化曲线。
（2）测斜管测斜：在基坑周边和基坑内部的合理位置埋设测斜管，使用测斜仪进行测斜，通过测得的位移数据判断岩体的稳定性。
（3）支撑结构监测：根据工程实际情况选择合适的监测仪器，如应变计和位移传感器等，将其安装在支撑结构上，实时监测其变形情况。
三、数值模拟分析
1.岩体本构模型
兰州地铁红砂岩属于可塑性岩石，其本构模型采用黏塑性本构模型。根据岩石的力学性质，选择合适的本构关系和参数，并通过有限元软件建立三维有限元模型。
2.模拟分析方法
利用ANSYS等有限元软件，根据实际情况构建红砂岩基坑的三维数值模型，包括岩体、支护结构和地下水等。通过施加边界条件和荷载，模拟开挖过程中基坑内岩体的变形和围岩破坏。
3.模拟结果分析
根据模拟结果，分析各个监测点的位移、沉降和应力变化等数据，并与实际监测数据进行对比。根据模拟结果的分析，评估岩体的稳定性和支护结构的可靠性，并提出相应的优化建议。
结论
通过开展兰州地铁红砂岩基坑开挖监测与数值模拟分析，可以及时了解基坑开挖过程中的变形和破坏情况，为工程施工提供参考依据。同时，根据监测结果和模拟分析，可以优化设计方案和支护措施，确保地铁的安全运行。因此，这项工作对保障地铁施工的顺利进行和城市交通的发展具有重要意义。
参考文献
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