软土深基坑大型沉井支护结构的数值分析研究

论文摘要

沉井支护结构因其具有刚度大、承载力高、施工占用场地小、对周围土体影响小等优点被广泛用于基坑工程，特别是在土质条件较差的地区，应用更为普遍。目前，沉井支护结构所受土压力的计算大多基于传统的朗肯土压力理论和库仑土压力理论。沉井结构内力与变形的计算大多基于单桩水平受荷的弹性地基反力法、极限地基反力法和p y曲线法。这些解析方法具有概念清晰，易于理解，公式简单，便于应用的优点，但是它们无法反映土与井壁的相互作用的影响；也无法反映整个开挖过程土与结构受力和变形的变化。有限元数值分析可以较好地解决上述问题。然而，目前沉井支护结构的有限元数值分析大多只针对沉井截面规则，基坑场地周围条件简单的情况进行求解分析，虽然能在一定程度上弥补解析法的不足，但由于其做了较多的简化，与实际的工程情况有较大差别，不能较好地揭示沉井结构及其周围土体受力与变形的特点。所以有必要较全面地考虑工程实际情况，建立合适的数值分析模型，全面地揭示沉井支护结构及其周围土体的受力与变形特点，为沉井结构设计提供有价值的参考。本文应用大型通用有限元仿真分析软件——ADINA，针对实际工程中一软土深基坑沉井支护结构建立了三维数值分析模型。该模型较全面地反映了基坑周围复杂的场地条件及沉井结构不规则的特点，并利用单元生死功能模拟基坑土体的开挖和沉井的下沉。为更好地模拟基坑周围土体，体现其应力-应变关系的非线性特点，本文基于ADINA二次开发环境编写了邓肯-张模型用户子程序，并利用对三轴剪切实验的模拟进行了模型的验证，验证结果表明程序是可靠的。本文分别采用莫尔-库仑模型和自主开发的邓肯-张模型对所建立的数值分析模型进行计算。根据计算结果系统地分析了沉井各下沉阶段井壁受力与变形及其周围土体变形的特征。并将计算位移值与实测位移值进行对比，以验证模型计算的准确性。另外，针对该沉井在最后一节井壁下沉到位后出现一侧井壁内凸大变形及井壁拐角处混凝土出现大量裂缝的情况，建立了沉井与周围土体相互作用的简化模型。采用ADINA材料库中的concrete材料模拟混凝土，选取ADINA特有的Rebar单元模拟钢筋，成功地模拟了井壁混凝土的开裂。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的学术背景及研究意义
• 1.2 沉井受力与变形的研究现状
• 1.3 本文研究的主要工作
• 第二章 非线性有限单元法基本概念
• 2.1 有限单元法简介
• 2.2 有限单元法的基本思路
• 2.3 有限单元法中的非线性问题
• 2.4 非线性方程的求解方法
• 第三章 邓肯-张模型在 ADINA 中的实现
• 3.1 邓肯-张模型简介
• 3.2 ADINA 软件简介及其二次开发
• 3.3 邓肯-张模型子程序的开发
• 3.3.1 用户子程序的编写
• 3.3.2 邓肯-张模型的验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 沉井下沉施工过程监测及数据结果分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 监测内容
• 4.2.1 监测目的
• 4.2.2 监测依据
• 4.2.3 监测项目及监测设备和监测方法
• 4.2.4 测点布置
• 4.2.5 监测频率和监测报警值
• 4.3 监测项目全过程的发展变化分析及整体评述
• 4.4 监测工作结论与建议
• 第五章 基坑沉井支护结构三维数值分析
• 5.1 基坑沉井支护结构模型的建立
• 5.2 基坑沉井支护结构的有限元数值模拟分析
• 5.2.1 第一节沉井下沉结束时的数值模拟
• 5.2.2 第二节沉井下沉结束时的数值模拟
• 5.2.3 第三节沉井下沉结束时的数值模拟
• 5.3 沉井井壁混凝土开裂的数值模拟
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历