基坑桩锚支护结构有限元分析

论文摘要

深基坑工程的研究涉及诸多方面,一般可分为支护结构和土的变形问题、稳定性问题、环境问题等三个方面,也涉及岩土工程土压力理论,同时在数值分析时不可避免地牵涉到土体本构关系。基坑支护设计的理论还很不完善,模型试验、工程测试还有待进一步发展,基坑工程无论是设计还是施工均应从整体的系统出发,协调好系统的各个部分,才能使得结构设计达到整体最优。本文建立了桩锚支护结构基坑开挖的二维连续介质有限元模型,研究分析支护结构变形和内力的各种影响因素,土体在基坑开挖过程中变形的发展过程,基坑开挖引起的周边地表和建筑物基础的沉降特性。主要结论如下:土体弹性模量越小,桩身侧向位移、锚杆拉力和桩身最大弯矩越大,基坑外侧土体弹性模量对支护结构的影响大于内侧土体弹性模量;泊松比的减小可以显著减小支护结构的变形,而锚杆拉力和桩身最大弯矩有较小的增幅;随着土体粘聚力、内摩擦角的增大,锚杆拉力、上部桩身侧向位移、桩身弯矩显著减小,靠近桩底部分桩身侧向位移变化较小。锚杆预加力越大,锚杆最终拉力越大,桩身侧向位移越小;锚杆最佳倾斜度为10°～30°;对于不同锚固长度,锚杆全长锚固时桩身侧向位移最大,全长锚固不合理;由于锚杆与土体的相互作用,桩身位移比等值集中力作用时显著增大。桩径较小时,随着支护桩径的增大,桩身位移显著减小,桩身最大弯矩却显著增大;桩径较大时,桩径的继续增大对桩身位移的影响很小。随着桩身嵌固深度的增大,桩身位移减小,当嵌固深度达到一定程度时,其变化对支护结构的影响很小。地下水的存在,改变了土体中的有效应力,引起土体主动土压力和被动土压力的改变,考虑渗流(动水压力)时,桩身位移和弯矩小于仅考虑静水压力计算结果,渗流对支护结构的影响不容忽视。地面超载距离基坑一倍基坑开挖深度以内时,超载对结构变形和内力存在显著影响;超载距离基坑超过一倍基坑开挖深度时,超载对结构变形和内力影响很小。土体内部出现较大塑性滑动区时,地表竖向变形曲线呈近似“W”形,支护结构位移、建筑物基础沉降和不均匀沉降的变化率急剧增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的意义和目的
• 1.2 课题的发展现状及存在的问题
• 1.2.1 发展现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 论文主要工作
• 第二章 弹性支点法土压力模式的探讨
• 2.1 常见的土压力模式
• 2.2 土压力模式的分析对比
• 2.2.1 基坑底面以上土压力分布模式分析
• 2.2.2 基坑底面以下土压力分布模式分析
• 2.2.3 地面超载形式的讨论
• 2.3 各分布模式计算结果比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 基坑开挖的有限元模型
• 3.1 基坑有限元模型分类
• 3.1.1 弹性地基杆系有限元模型
• 3.1.2 弹性地基薄板有限元模型
• 3.1.3 连续介质有限元模型
• 3.2 有限元软件介绍
• 3.3 基坑连续介质有限元模型的建立
• 3.3.1 有限元模型建立的基本步骤
• 3.3.2 论文有限元模型
• 第四章 支护结构变形和内力影响因素研究
• 4.1 土体参数对支护结构变形和内力的影响
• 4.1.1 土体本构模型
• 4.1.2 理想弹塑性基本理论
• 4.1.3 MOHR-COULOMB 模型
• 4.1.4 弹性模量的影响
• 4.1.5 泊松比的影响
• 4.1.6 粘聚力的影响
• 4.1.7 内摩擦角的影响
• 4.2 锚杆对支护结构变形和内力的影响
• 4.2.1 锚杆预加拉力的影响
• 4.2.2 锚杆倾斜度的影响
• 4.2.3 锚固长度的影响
• 4.2.4 锚杆长度的影响
• 4.2.5 锚杆与等值集中力作用时结构特性对比
• 4.3 桩身因素对结构变形和内力的影响
• 4.3.1 桩身刚度的影响
• 4.3.2 桩身嵌固深度的影响
• 4.4 地下水渗流的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 基坑分步开挖性状研究
• 5.1 考虑施工工况与否的对比
• 5.2 基坑开挖过程中支护结构工作特性变化规律
• 5.3 本章小结
• 第六章 基坑开挖对周边环境影响
• 6.1 地面超载对支护结构的影响
• 6.2 基坑开挖引起的地表沉降
• 6.3 周边建筑物基础不均匀沉降
• 6.4 基坑开挖过程中的土体变形
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 论文结论
• 7.2 下一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文