深基坑开挖引起变形的数值模拟

论文摘要

深基坑工程是指与深基坑有直接关系的工程活动,主要包括土方开挖工程、基坑支护工程、降水防渗工程、环境保护工程。在现代都市建设中,随着人口的剧增,土地资源日趋紧张,开发城市三维空间的要求日益强烈,深基坑工程已成为城市岩土工程的主要内容。本文结合汉口中心嘉园深基坑课题,采用数值模拟的手段,借助于FLAC软件,对基坑开挖引起周边土体变形问题进行了研究。讨论了基坑开挖的变形机理变形规律,探讨了引起地表沉降的各种因素和减小沉降的措施;针对不同倾角、不同间距和不同支护力的锚杆支护方案,建立了分析计算模型,得出了不同方案下基坑及周围土体的位移云图和锚杆参数对位移的影响曲线,从而分析了锚杆支护对抑制基坑周围地表变形的作用,对优化锚杆的设计参数提出了建议;针对基坑开挖提出多种在深度上分步开挖方案,对分步开挖时基坑的稳定性及周围土体的变形进行动态模拟,并与一次性开挖的结果进行了分析和比较,表明分步开挖可以有效的减少坑壁土体的变形,建议工程施工时,采取分步开挖、分级支护的方式;对基坑周围无地表堆载和有地表堆载两种情况下的基坑及周围地表变形进行了模拟分析和比较,得到了周围地表的沉降曲线,得出了最大沉降量出现的位置和基坑开挖变形的影响范围,表明基坑周围的地表堆载使基坑开挖变形尤其是基坑周边地表沉降量有很大的增加,因此在施工过程中应注意减少不必要的基坑周围地面堆载。本文的研究成果可以为汉口中心嘉园深基坑工程的设计和施工提供理论参考,也可为类似的工程提供一定的借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 深基坑支护结构的研究
• 1.2.1 支护结构的类型
• 1.2.2 支护结构的特点
• 1.2.3 支护结构的设计方法
• 1.3 深基坑开挖变形的研究
• 1.3.1 变形的试验研究
• 1.3.2 变形的理论研究
• 1.3.3 变形的数值分析研究
• 1.4 本文的研究内容
• 2 深基坑开挖基本理论
• 2.1 基坑变形理论
• 2.2 支护结构的变形
• 2.2.1 支护结构的水平变形
• 2.2.2 支护结构的竖向变形
• 2.3 坑底土体的隆起变形
• 2.4 周围地表的沉降变形
• 2.4.1 地表沉降的计算法
• 2.4.2 沉降的组成及计算
• 2.4.3 减小沉降的措施
• 3 工程概况及数值模拟方法
• 3.1 地质条件及支护方案选取
• 3.1.1 工程地质条件
• 3.1.2 水文地质条件
• 3.1.3 支护方案的选取
• 3.2 数值分析理论依据
• 3.2.1 拉格朗日法的基本原理
• 3.2.2 FLAC 软件介绍
• 3.2.3 本构模型的选择
• 3.2.4 接触模型
• 4 支护结构抑制变形效果分析
• 4.1 数值模型的建立
• 4.1.1 数值模型的基本问题
• 4.1.2 模拟参数的选取
• 4.1.3 施工进程的安排
• 4.2 锚杆倾角对支护效果的影响分析
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 第一工况的变形分析
• 4.2.3 第三工况的变形分析
• 4.2.4 第五工况的变形分析
• 4.2.5 小结
• 4.3 锚杆间距对支护效果的影响分析
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2 不同间距锚杆支护效果云图分析
• 4.3.3 不同间距锚杆支护效果曲线分析
• 4.3.4 小结
• 4.4 支护力对支护效果的影响
• 4.4.1 计算模型
• 4.4.2 支护力对支护效果影响的云图分析
• 4.4.3 支护力对支护效果影响的曲线分析
• 4.4.4 小结
• 5 施工进程对基坑开挖变形影响分析
• 5.1 不同施工进程数值模型的建立
• 5.1.1 模拟参数的选取
• 5.1.2 施工进程的设计
• 5.2 模拟结果变形云图分析
• 5.2.1 第一工况变形云图分析
• 5.2.2 第三工况变形云图分析
• 5.2.3 第五工况变形云图分析
• 5.3 模拟结果变形曲线分析
• 5.3.1 基坑侧壁的变形曲线分析
• 5.3.2 基坑周边地表沉降曲线分析
• 5.3.3 基坑底部隆起曲线分析
• 5.4 本章小结
• 6 地表附加荷载对开挖变形的影响
• 6.1 计算模型
• 6.2 受附加荷载影响的位移云图分析
• 6.2.1 水平向位移云图分析
• 6.2.2 竖直向位移云图分析
• 6.3 受附加荷载影响的变形曲线分析
• 6.4 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献