隧道开挖对桩基承载性状的影响分析及试验研究

发布时间：2018-04-03 12:39

  本文选题：隧道开挖　切入点：被动桩　出处：《西安科技大学》2013年博士论文

【摘要】：本文在国内外现有研究成果的基础上，对隧道开挖与施工对既有建筑物桩基影响进行了深入研究，探讨隧道开挖作用下轴向受荷桩的荷载传递规律和桩土相互作用机理，主要进行以下几个方面的工作： （1）建立等效地层损失模型，根据地层变形模式和地层损失的边界条件，应用水平分布荷载作用下的Mindlin基本解，求解隧道开挖引起的地层变形的水平方向和竖直方向表达式；采用三维有限差分方法，建立隧道开挖分析模型，，分析隧道开挖引起的土体水平位移和竖向位移分布规律。 （2）引用p-y曲线法，通过差分方法求得竖向受荷单桩的解析解；基于Winkler地基模型，建立单桩在被动位移下的荷载传递方程，进一步求得均质地基和非均质地基中隧道开挖引起的竖向受荷单桩水平位移和竖向位移解析解；同时进行算例分析，得到均质地基中隧道开挖引起的桩身位移、沉降和轴力的变化趋势。 （3）根据剪切位移法和Mindlin解得到土体竖向和水平向位移传递系数，考虑桩基对土体竖向位移的屏蔽，利用土体剪切位移法计算由于群桩遮拦效应而产生的遮拦位移；考虑被动群桩的桩 桩相互作用，应用叠加原理分析竖向受荷群桩由于隧道开挖引起的竖向位移和内力的变化规律。 （4）设计模拟隧道开挖对竖向受荷桩作用的室内试验，将隧道开挖过程简化为施加土体水平位移和竖向位移，按照隧道不同埋深引起的土体位移变化不同，设计不同土体位移组合的竖向受荷单桩和两桩的试验，研究隧道开挖引起的竖向受荷单桩和群桩的承载性状。 （5）对某工程实例隧道穿越建筑桩基采取桩基托换措施，采用三维有限差分方法，对隧道开挖及桩基托换施工过程进行模拟，研究托换过程中群桩的承载性状。 本文通过数值分析，研究隧道开挖引起的土体位移场分布；通过理论分析，求解隧道开挖作用下的土体位移解析解，并进一步求得隧道开挖作用下竖向受荷单桩及群桩的解析解，研究隧道开挖对竖向受荷单桩及群桩的承载性状的影响；通过试验研究进一步探讨了隧道开挖对单桩和群桩承载性状的影响。
[Abstract]:Based on the existing research results at home and abroad, this paper makes a deep study on the influence of tunnel excavation and construction on the pile foundation of existing buildings, and discusses the load transfer law and pile-soil interaction mechanism of axially loaded piles under the action of tunnel excavation.The main tasks are as follows:1) the equivalent formation loss model is established. According to the formation deformation model and the boundary condition of formation loss, the horizontal and vertical direction expressions of stratum deformation caused by tunnel excavation are solved by applying the Mindlin basic solution under horizontal distribution load.The three-dimensional finite difference method is used to establish a tunnel excavation analysis model to analyze the distribution of horizontal and vertical displacement of soil caused by tunnel excavation.(2) using p-y curve method, the analytical solution of vertical loaded single pile is obtained by difference method, and the load transfer equation of single pile under passive displacement is established based on Winkler foundation model.Furthermore, the analytical solutions of horizontal displacement and vertical displacement caused by excavation of vertical loaded single pile in homogeneous and heterogeneous foundation are obtained, and the displacement of pile body caused by excavation of tunnel in homogeneous foundation is obtained by example analysis.The variation trend of settlement and axial force.(3) according to the shear displacement method and Mindlin solution, the vertical and horizontal displacement transfer coefficients of soil are obtained. Considering the shield of pile foundation to soil vertical displacement, the shearing displacement of soil is calculated by means of soil shear displacement method.Considering the pile-pile interaction of the passive pile group, the variation law of vertical displacement and internal force caused by the excavation of the tunnel is analyzed by using the superposition principle.4) the laboratory test of simulating the effect of tunnel excavation on vertical pile is designed. The excavation process of tunnel is simplified as the horizontal displacement and vertical displacement of soil, and according to the variation of soil displacement caused by different buried depth of tunnel, the excavation process of tunnel is simplified to the horizontal displacement and vertical displacement of soil.The vertical single pile and two piles combined with different soil displacement were designed to study the bearing behavior of single vertical pile and pile group caused by tunnel excavation.In this paper, the pile foundation underpinning method is used to simulate the excavation of the tunnel and the pile foundation underpinning construction, and the bearing behavior of the pile group during the underpinning process is studied by adopting the method of three dimensional finite difference.In this paper, the distribution of soil displacement field caused by tunnel excavation is studied by numerical analysis, and the analytical solution of soil displacement caused by tunnel excavation is solved by theoretical analysis.Furthermore, the analytical solutions of single and group piles under vertical loading under tunnel excavation are obtained, and the influence of tunnel excavation on the bearing behavior of single and group piles under vertical loading is studied.The influence of tunnel excavation on the bearing behavior of single pile and group pile is further discussed through experimental study.
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U455;TU473.1

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本文编号：1705230