深基坑内支撑排桩支护有限元数值模拟及优化设计

发布时间：2017-03-17 23:00

  本文关键词：深基坑内支撑排桩支护有限元数值模拟及优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市规模的不断扩大和人口数量的不断增多,为了缓解沈阳市区高峰期拥堵的交通状况,方便市民出行,沈阳市开始大规模修建地铁,随之而来的是深基坑的大量开挖。内支撑排桩支护结构由于对周边环境适应性强、施工方便以及能够较好的确保基坑的稳定性与安全性,被广泛地应用于深基坑支护工程中。但在实际工程中,支护工程的设计比较偏保守,不能起到节约成本的作用。如果能够对支护结构的细部参数进行合理的优化,使其既能够满足稳定性的要求,又能够减小围护成本,这就能带来很大的经济效益。因此需要对深基坑内支撑排桩支护结构进行数值模拟研究,积累一些该方面的经验。本文以沈阳地铁深基坑支护设计为例,利用ABAQUS有限元软件对深基坑标准段排桩加内支撑结构进行数值模拟分析,并与实测数据进行对比,验证有限元模型的正确性。同时对支护桩的桩长、桩径、桩间距进行细部优化,得出最佳方案。本文主要研究成果如下:(1)总体来看支护桩水平位移随着开挖深度的增加而增加,且最大位移在设置第二道支撑后上移到桩顶;从局部观察,桩体水平位移沿桩埋置深度的增加先增大后减小,曲线呈弓形,说明预应力钢支撑对约束支护桩水平位移起到了很大作用。(2)在开挖土体完成后设置的支撑对桩体竖向位移基本不产生影响,这是由于桩体和周边土体在支撑添加之前应力已经得到完全释放,应变基本完成。(3)基坑支护桩附近土体有不同程度的隆起,并随着开挖深度的增加而升高。这主要是由于在开挖过程中,应力得到释放,基坑内部土体隆起带动支护桩上移,从而引起支护桩附近土体上移。(4)土压力在开挖完第二层土体后变化最大,数值上相比第一步开挖后有明显的减小,说明第二层土的开挖及支撑的添加在本工程中起着关键的作用。(5)通过正交试验对支护桩进行优化计算后,可以得出对支护结构水平位移影响最大的因素是桩径,其次是桩长,最后是桩间距。
【关键词】：深基坑 数值模拟 正交试验 优化设计
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 选题的依据及意义9-10
• 1.2 深基坑工程研究现状10-16
• 1.2.1 深基坑支护类型10-11
• 1.2.2 深基坑理论和实验研究现状11-13
• 1.2.3 深基坑有限元研究现状13-15
• 1.2.4 深基坑设计优化研究现状15-16
• 1.3 深基坑支护研究的主要内容16-18
• 第2章 ABAQUS有限元及土体本构模型18-28
• 2.1 ABAQUS简介18
• 2.2 土体参数本构模型18-27
• 2.2.1 Mohr-Coulomb（摩尔库仑）模型18-21
• 2.2.2 扩展的Drucker-Prager模型21-24
• 2.2.3 修正Drucker-Prager帽盖模型24-26
• 2.2.4 剑桥模型26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 内支撑排桩支护有限元模拟28-38
• 3.1 深基坑开挖实例28-30
• 3.1.1 工程简介28
• 3.1.2 工程地质概况28
• 3.1.3 工程施工工序28-30
• 3.2 深基坑工程中ABAQUS分析的关键技术30-32
• 3.2.1 土体本构模型的选取30-31
• 3.2.2 初始地应力场模拟31
• 3.2.3 桩土接触面模拟31-32
• 3.3 有限元模型的建立32-37
• 3.3.1 建立实体几何模型32-33
• 3.3.2 选取材料参数33-35
• 3.3.3 模拟分析步35-36
• 3.3.4 模型荷载、边界条件和接触条件36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 数值模拟结果分析38-54
• 4.1 支护桩模拟分析38-43
• 4.1.1 支护桩水平位移计算结果及分析38-40
• 4.1.2 支护桩竖向位移计算结果及分析40-43
• 4.2 钢支撑轴力模拟分析43-46
• 4.3 基坑位移模拟分析46-51
• 4.3.1 地表沉降数值模拟分析46-49
• 4.3.2 基坑坑底隆起数值模拟分析49-51
• 4.4 土体应力模拟分析51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 内支撑条件下排桩支护结构优化设计54-63
• 5.1 正交试验设计的基本概念54
• 5.2 正交表及其基本性质54-56
• 5.2.1 正交表的类别54-55
• 5.2.2 正交表的基本性质55-56
• 5.3 正交试验的分析方法56-58
• 5.4 正交试验设计58-59
• 5.5 试验运行及结果整理分析59-62
• 5.6 本章小结62-63
• 第6章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 在学研究成果69-70
• 致谢70

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