深基坑开挖与支护有限元数值模拟

论文摘要

深基坑工程是一项系统工程,由于土体介质的复杂性和时效性以及支护方式和环境的多样性,故采用数值模拟有限元方法更能比较全面地从空间、时间上反映各种因素对支护结构及周围土体的应力、位移的影响。本文对深基坑支护结构的工程特点进行了论述,介绍几种常见的深基坑支护结构类型,不同的支护类型适合于不同的条件,桩锚结构是在深基坑工程应用最广泛的。在基坑支护结构设计中要考虑基坑工程特点以及存在的问题,土压力选用是尤其要考虑的。深基坑支护结构设计应考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态,根据这两种状态提出了基坑支护设计内容。大型通用有限元软件ANSYS在基坑工程中应用越来越广泛。本文介绍了有限元法和ANSYS软件的分析过程以及模拟基坑开挖与支护的单元生与死,在此基础上,分别对无支护和有支护条件下基坑边坡的稳定性进行了分析研究,说明了无支护放坡开挖的局限性和基坑边坡开挖时支护结构的作用。叙述了南昌某深基坑工程概况和所用的支护结构体系,从而得出南昌市一般深基坑工程支护方式和特点,进一步利用理正深基坑支护计算软件对基坑某段进行了支护计算,根据计算结果得出该段基坑支护结构是安全可靠的。结合该深基坑工程开挖的具体实践,利用ANSYS有限元法进行数值模拟,以深基坑整个支护结构体系的稳定性为研究核心,对深基坑开挖过程中引起的周围土体及支护结构体系的位移、应力等相关内容进行全面深入的研究,然后和理正深基坑支护计算软件计算的结果相比较,以此来说明有限元数值模拟的可靠性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 基坑工程的主要特点和应该注意的主要问题
• 1.4.1 基坑工程的特点
• 1.4.2 基坑工程设计中应注意的问题
• 1.5 本文研究的主要内容及方法
• 第2章 深基坑工程支护的设计原则和常见的支护类型
• 2.1 深基坑工程支护的原则
• 2.1.1 设计状态
• 2.1.2 基坑安全等级
• 2.1.3 设计内容
• 2.2 基坑主要支护结构形式
• 2.2.1 放坡开挖结构
• 2.2.2 悬臂式支护结构
• 2.2.3 水泥土重力式支护结构
• 2.2.4 内撑式支护结构
• 2.2.5 拉锚式支护结构
• 2.2.6 土钉墙支护结构
• 2.2.7 其他形式支护结构
• 2.3 小结
• 第3章 基坑边坡开挖与支护有限元分析
• 3.1 有限元的简介
• 3.1.1 有限元法概述
• 3.1.2 有限元法的分析过程
• 3.1.3 有限元法用于基坑边坡稳定性分析的优点
• 3.2 ANSYS有限元分析程序介绍
• 3.2.1 ANSYS程序简介
• 3.2.2 ANSYS有限元分析基本过程
• 3.2.3 ANSYS有限元中的单元生和死
• 3.3 无支护基坑边坡开挖二维平面数值模拟
• 3.3.1 物理模型
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 有支护基坑边坡开挖二维平面数值模拟
• 3.4.1 基坑开挖过程中土体的数值模拟
• 3.4.2 基坑开挖过程中支护桩的水平位移
• 第4章 基坑工程实例概况与支护结构体系
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 工程内容
• 4.1.2 工程水文地质条件
• 4.2 支护结构选择
• 4.3 南昌市基坑工程支护型式的选择和施工应注意的问题
• 第5章 基坑工程实例支护结构计算
• 5.1 支护结构的计算内容
• 5.2 基坑AB段支护计算
• 5.2.1 支护方案和计算参数
• 5.2.2 计算结果
• 5.3 小结
• 第6章 基坑工程实例的数值模拟
• 6.1 计算方法
• 6.1.1 基本假定
• 6.1.2 地层的简化及其计算参数
• 6.1.3 计算步骤
• 6.2 计算结果
• 6.2.1 不加支护放坡开挖到4.5m
• 6.2.2 加支护体系垂直开挖到坑底
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果