土岩组合地区深基坑开挖地表沉降变形研究 ——以桩—内支撑式的深基坑支护结构为例

论文摘要

随着城市建设发展,在密集建筑群与管线纵横交错的复杂环境中进行地铁、人防、高层建筑地下室等地下工程施工的情形越来越普遍。而深基坑开挖施工必然会对已有邻近基坑建筑物与市政管线等设施产生不良影响,深基坑开挖引起的周围地表沉降问题受到越来越多的关注。目前,国内外对深基坑开挖地表沉降的研究多注重软土地区,土岩组合地区（上覆土层,下为岩层）深基坑开挖地表沉降的研究还较少,深基坑开挖地表沉降的计算模式和计算方法多数基于软土地区的经验基础之上。由于不同地区的土层条件存在差异,如果直接将已有公式直接应用于土岩组合地区,结果可能会产生较大偏差。论文首先对岩土工程有限元分析软件PLAXIS2D在基坑开挖计算中的适用性进行了分析;其次,在总结前人研究成果的基础上,对目前地表沉降的计算公式进行了分析和改进;然后,以青岛地区土岩组合地层为例,选取桩-内支撑支护结构型式下的深基坑工程实例,通过PLAXIS2D有限元软件计算分析了不同因素对基坑开挖变形的影响;最后,在前述研究的基础上,建立了土岩组合地区深基坑开挖地表沉降计算公式,并对其适用性进行了验证。主要研究结论如下:（1）基坑开挖工程实例的有限元计算结果与实测结果对比分析表明,选取合适的土体本构模型并采取适当的方式考虑基坑开挖施工时,PLAXIS2D有限元软件在深基坑开挖模拟中具有较好的适用性。（2）利用基坑工程实践中总结出来的相对较为稳定的经验关系式,对目前软土地区深基坑开挖地表沉降计算的两种较为有效的方法,即将地表沉降曲线分别视为正态分布模式和偏态分布模式的计算方法,进行了改进。工程实例结果表明,改进后的估算方法更加简便实用。进一步分析可知,将地表沉降曲线视为偏态分布模式的计算结果整体上更接近于工程实测地表沉降。（3）不同影响因素下土岩组合地区深基坑开挖计算结果表明,支护桩水平位移最大值位置距桩顶约（0.50.7）H（H为基坑开挖深度）;地表沉降最大值位置比较稳定,距基坑边约为0.40H;支护桩水平位移最大值和地表沉降最大值之间也存在较稳定的关系,即支护桩水平位移最大值约为地表沉降最大值的1.7倍。（4）将地表沉降曲线视为偏态分布模型,建立了土岩组合地区深基坑开挖地表沉降的计算公式,工程实例验证表明其具有较好的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景、目的及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 深基坑开挖地表沉降变形研究现状
• 1.2.1 深基坑开挖地表沉降变形机理研究
• 1.2.2 深基坑开挖地表沉降影响因素分析
• 1.2.3 深基坑开挖引起的地表沉降计算方法研究
• 1.3 论文的研究内容与技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究技术路线
• 2 PLAXIS 有限元软件在基坑开挖数值模拟中的适用性研究
• 2.1 PLAXIS2D 有限元软件简介
• 2.2 土体的本构模型
• 2.2.1 摩尔-库伦模型（Mohr-Coulomb model）
• 2.2.2 硬化土模型（Hardening-soil model）
• 2.3 基坑开挖及桩土接触面的模拟
• 2.3.1 基坑开挖施工过程模拟
• 2.3.2 支护结构与土体接触面的模拟
• 2.4 PLAXIS2D 在软土地区深基坑开挖计算中的适用性分析
• 2.4.1 工程实例1 的数值模拟计算分析
• 2.4.2 工程实例2 的数值模拟计算分析
• 2.4.3 工程实例3 的数值模拟计算分析
• 2.5 PLAXIS2D 在土岩组合地区深基坑开挖计算中的适用性分析
• 2.5.1 工程实例介绍
• 2.5.2 数值计算模型的建立
• 2.5.3 数值模拟计算结果及分析
• 2.6 小结
• 3 软土地区深基坑开挖引起的周围地表沉降计算方法分析
• 3.1 概述
• 3.2 地表沉降曲线为正态分布时的计算方法及改进
• 3.2.1 地表沉降曲线为正态分布时的现有计算方法
• 3.2.2 地表沉降曲线为正态分布时的改进计算方法
• 3.3 地表沉降曲线为偏态分布时的计算方法及改进
• 3.3.1 地表沉降曲线为偏态分布时的现有计算方法
• 3.3.2 地表沉降曲线为偏态分布时的改进计算方法
• 3.4 实例分析计算
• 3.4.1 计算实例分析
• 3.4.2 讨论
• 3.5 小结
• 4 土岩组合地区深基坑开挖地表沉降影响因素分析
• 4.1 基本计算条件概述
• 4.2 支护桩-钢管内支撑支护基坑开挖地表沉降影响因素分析
• 4.2.1 支护桩刚度的影响
• 4.2.2 内支撑刚度的影响
• 4.2.3 支护桩嵌固深度的影响
• 4.2.4 钢管内支撑预加应力的影响
• 4.3 支护桩-混凝土内支撑支护基坑开挖地表沉降影响因素分析
• 4.3.1 支护桩刚度的影响
• 4.3.2 内支撑刚度的影响
• 4.3.3 支护桩嵌固深度的影响
• 4.4 土岩组合地区和软土地区基坑地表沉降特性对比
• 4.5 小结
• 5 土岩组合地区深基坑开挖地表沉降计算方法研究
• 5.1 土岩组合地区深基坑开挖地表沉降计算模型
• 5.2 土岩组合地区深基坑开挖地表沉降计算公式的建立
• 5.2.1 基本计算公式的建立
• 5.2.2 简化计算公式的建立
• 5.3 土岩组合地区深基坑开挖地表沉降计算公式的验证
• 5.4 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果