环形支护深基坑工程的现场试验研究与有限元分析

发布时间：2017-03-27 14:08

  本文关键词：环形支护深基坑工程的现场试验研究与有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：深基坑工程是岩土工程研究领域着重研究和探索的一个重要课题,随着我国城市化水平的不断提高,基坑向着更深、更大以及周边环境更复杂的方向发展,这一发展趋势不仅加大了深基坑的设计与施工难度,同时也使深基坑工程的安全风险大大增加。如何克服这些问题并使得深基坑能够更加安全,一直是工程界和学术界十分重视的一个研究方向。环形支护是近些年发展起来的一种新的支护形式,专门用于深大基坑支护。它的出现使深基坑在发展中所产生的各种问题得到了有效地解决,是一种非常有效的支护方式。但是由于相关理论的落后,人们对环形支护以及环形支护下的深基坑在实际工程中所出现的各种现象和问题缺乏理解和认识。本文以太原市某采用环形支护体系的深基坑工程为研究对象,以实际工程的现场试验为基础,通过对试验数据的整理分析,探讨该深基坑环形支护结构的受力和变形规律。然后利用有限元软件对环形支护下的深基坑建立仿真模型并进行计算,通过模拟计算讨论了环形支护下的深基坑变形的整体情况,并对比不同工况下环形支护结构的实测数据和计算结果,从而进一步理解和认识环形支护以及环形支护下深基坑所出现的各种现象以及所存在的问题,进而为实际工程中提高环形支护的设计水平和保障施工安全提供一定的理论依据,同时也能为今后类似的深基坑工程提供一些有利用价值的经验与建议。基于以上,本文所得到的主要结论有:1、支护桩桩顶水平位移随基坑施工过程的进行持续增长,环形支撑系统的架设及拆除使桩顶位移呈现阶梯状增长。受其它两方向支护桩的限制,基坑角部的支护桩比基坑中部的支护桩桩顶水平位移小。基坑附近建筑物的自重及地面堆载会对邻近位置的桩顶水平位移造成影响,如本文中位于基坑西南侧的测点zds-08,由于其附近建筑物较大且堆载较多,使得其最大位移达到24mm接近位于基坑中部测点zds-06的24.6mm。支护桩桩顶沉降的趋势总体是随基坑深度的增加而增大并随着施工的结束趋于稳定的,但坑底回弹和基坑的时空效应会使这种增长趋势反复。支护桩在支撑体系与土体的共同作用下,其深层水平位移的沿桩身的变形曲线表现为桩顶和桩底小而中部大的弓型曲线。且桩身最大水平位移出现的位置随着土方开挖深度的增大而逐渐下移,其位置随着土方开挖结束而趋于稳定,大约在桩身深度的1/2处。2、基坑施工阶段,环形支撑系统中环梁和支撑梁的轴向力主要表现为压力,体现出了环形结构的受力特征,且在施工开始后随着基坑深度的增加而增大直至趋于稳定,但这种稳定是在一定范围内波动的稳定。周围地面荷载和下层支撑(如本文中拆除土台而架设的钢支撑)的架设及拆除会影响环梁和支撑梁的受力,如基坑西南方向附近荷载较大,而位于此处的环梁测点zcl10和支撑梁测点zcl13,其轴力的分别最大值达到13028kn和4062kn,而基坑北向附近荷载较小,位于此处环梁测点zcl8和支撑梁测点zcl5的这两个测点的轴力最大轴力值分别只有3603kn和1498kn。再如2014年11月至12月及2015年2月这两个时间段内环梁支撑体系轴力出现较大波动,而这两个时间段内正在做钢支撑的架设与拆除工作。3、通过对环形支护下的深基坑工程进行有限元仿真模拟,得到基坑整体的变形规律:水平方向上,基坑周围的土体都呈现出向坑内移动的趋势,且随着基坑开挖的进行周边土体的位移越来越大。环形内支撑可以控制土体水平位移,使其位移变化速率减小。另外,位于坑边中间位置的土体的位移大于位于拐角位置的土体,体现了基坑的边角效应。竖直方向上,伴随开挖的进行,基坑周围土体整体出现下沉,且最大的下沉位置并不是出现在基坑的边缘,而是出现在与基坑边缘有一定距离的地方;坑底土体出现回弹隆起,且隆起量随着开挖深度的增加而越来越大。开挖完成时,由于围护墙体对土的摩擦作用约束了土体的隆起,致使坑底出现中部隆起量较大,而两边较小的现象。4、有限元是一种解决环形支护下深基坑工程问题的好方法。虽然其计算结果与现场实测值在数值上存在一定差异,但二者的变形和变化趋势还是基本类似的。因此,利用有限元可以提前对基坑的受力变形的趋势进行预测,并为开挖之前的相应设计做出指导。
【关键词】：深基坑工程 环形支护 现场试验 有限元
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU753
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 深基坑工程概述15-22
• 1.2.1 深基坑工程的特点[1-3]15-16
• 1.2.2 深基坑工程的发展现状16-17
• 1.2.3 深基坑工程的结构型式17-19
• 1.2.4 环形支护在深基坑工程的应用19-22
• 1.3 本文主要研究内容22-24
• 第二章 深基坑工程现场状况24-31
• 2.1 工程概况24
• 2.2 工程地质与水文地质条件24-29
• 2.2.1 工程地质条件24-28
• 2.2.2 水文地质条件28-29
• 2.3 支护结构选型与布置29-31
• 第三章 深基坑现场试验方案31-43
• 3.1 试验目的和设计原则31-32
• 3.1.1 试验目的31-32
• 3.1.2 试验设计原则32
• 3.2 试验内容及测点布设32-38
• 3.2.1 试验内容32-34
• 3.2.2 测点布设34-38
• 3.3 试验方法38-40
• 3.3.1 支护桩桩顶水平位移的试验方法38
• 3.3.2 支护桩桩顶竖向位移的试验方法38-39
• 3.3.3 支护桩深层水平位移的试验方法39
• 3.3.4 支撑轴力的试验方法39-40
• 3.4 试验频率及报警值40-41
• 3.5 试验影响因素分析41-43
• 第四章 现场试验成果整理与分析43-49
• 4.1 施工工序43-44
• 4.2 支护桩桩顶水平位移44-45
• 4.3 支护桩桩顶竖向位移45-46
• 4.4 支护桩深层水平位移46-47
• 4.5 支撑内力47-49
• 4.5.1 环梁轴力47-48
• 4.5.2 支撑梁轴力48-49
• 第五章 深基坑开挖的有限元分析49-74
• 5.1 有限元法49-52
• 5.1.1 有限元法的基本思想49
• 5.1.2 有限元法的求解过程49-51
• 5.1.3 有限元法在基坑工程分析中的基本思路51-52
• 5.2 ABAQUS有限元模拟原理52-54
• 5.2.1 ABAQUS有限元软件简介52
• 5.2.2 ABAQUS计算分析的基本步骤[48-50]52-54
• 5.3 ABAQUS在深基坑工程中的应用54-61
• 5.3.1 土体本构模型54-57
• 5.3.2 接触分析应用57-61
• 5.3.3 深基坑开挖模拟61
• 5.4 环形支护基坑三维仿真计算模型的建立61-74
• 5.4.1 计算模型的介绍61-65
• 5.4.2 计算结果的分析65-74
• 第六章 结论与建议74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 建议75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 攻读学位期间发表的学术论文81

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本文编号：270509