北京魏公村异型深基坑变形和稳定性分析

论文摘要

本文结合北京市魏公村热力管道异型深基坑围护开挖的具体实践,利用理论分析、数值模拟、现场实时监测等手段,以异型基坑土与支护结构相互作用稳定性为核心,对异型基坑开挖过程中引起的土层位移和稳定性、地表沉降、支护结构的位移和稳定性,横支撑的受力情况和改进以及三维状态下土压力理论分析、土体抗滑稳定性理论分析、灰色理论进行地表沉降的预测等相关内容进行了全面深入的研究,取得了一些有创见性的成果。分析了异型深基坑开挖过程中,水平面上存在着拱形线,竖直面上存在着凹形线,并随开挖深度的增加,在土拱效应的作用下发生了应力迁移,使得变形土体的一部分能量迁移到了稳定土体中,在变形土体与稳定土体的界面处形成了应力集中现象,形成了滑移面,在滑移面处发生剪切破坏。根据上述破坏状态,考虑土与支护结构相互作用建立了空间状态下直臂及异型基坑的力学模型,推导了力学几何曲线方程,以静力平衡为基础,推导了直臂基坑的土压力表达式和异型基坑的主动土压力表达式；推导了土体抗滑稳定性表达式。运用工程软件Plaxis 3D进行了数值模拟,充分考虑了分层开挖效应和土与支护结构相互作用。根据数值模拟结果,分析了异型深基坑在空间状态下土体和支护结构水位位移场和竖直位移场的变化规律及其稳定性情况,分析了地表沉降的变化规律,了解了异型深基坑开挖过程中土体和支护结构最不稳定需加以防范的时段。对横支撑受力模拟结果进行分析,知道受力最大的支撑并对横支撑进行改进。从注浆范围和支护结构刚度这两方面对异型深基坑稳定性的影响进行了分析,得出支护结构刚度的增加对稳定性影响不是很显著；对于异型深基坑,注浆这种辅助支护措施非常有效,要注意注浆范围。对异型深基坑工程的实际监测项目和方法以及监测的相关内容做了介绍,将监测数据进行整理并分析,整理出井口沉降曲线和井口收敛曲线,可以知道井口沉降和收敛是同步的,相互影响的,并与模拟结果进行比较,知道开挖5米至9米的过程中异型深基坑沉降比较大。利用灰色理论自适应模型GM(1,1),以监测数据为原始数据,对地表沉降值进行预测,最大相对误差为10.86%,并进行精度检验,为其它工程预测提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 异型深基坑工程研究现状
• 1.3.1 土压力研究
• 1.3.2 土体本构关系研究
• 1.3.3 土与支护结构相互作用研究
• 1.3.4 支护结构变形研究
• 1.3.5 地表沉降研究
• 1.3.6 数值模拟研究
• 1.4 本文研究内容与方法
• 第2章 异型深基坑的力学行为分析
• 2.1 土与支护结构相互作用力学模型及其参数的确定
• 2.1.1 力学模型的提出
• 2.1.2 力学模型的基本方程
• 2.1.3 力学模型拱形线的确定
• 2.2 三维状态下异型深基坑土压力分析
• 2.2.1 经典土压力计算理论
• 2.2.2 直臂三维状态下土压力分析
• 2.2.3 异型深基坑三维状态下主动土压力分析
• 2.3 异型深基坑土体抗滑稳定性分析
• 2.4 异型深基坑变形形态
• 2.4.1 坑底土体隆起
• 2.4.2 支护结构变形
• 2.4.3 支护结构后地表沉降
• 2.5 本章小结
• 第3章 异型深基坑开挖有限元分析
• 3.1 有限元法基本思想
• 3.2 Mohr—Coulomb弹塑性模型
• 3.3 Plaxis 3D程序简介
• 3.4 模型建立说明
• 3.4.1 地质概况
• 3.4.2 相关假设
• 3.4.3 模型的说明与参数的确定
• 3.5 建立模型及其离散化
• 3.6 异型深基坑开挖数值模拟
• 3.6.1 测点的布置
• 3.6.2 土体竖直剖面模拟结果及分析
• 3.6.3 支护结构竖直剖面模拟结果及分析
• 3.6.4 异型边地表沉降模拟结果及分析
• 3.6.5 横支撑模拟结果分析及改进
• 3.7 异型深基坑稳定性影响因素分析
• 3.7.1 注浆范围的影响分析
• 3.7.2 支护结构刚度的影响分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 工程施工监测
• 4.1 监测的目的
• 4.2 异型深基坑监测项目及其方法
• 4.2.1 地表沉降监测
• 4.2.2 支护体系水平位移监测
• 4.3 异型深基坑监测测点布置原则
• 4.4 变形控制标准
• 4.5 监测数据处理
• 4.6 魏公村异型深基坑的监测
• 4.6.1 监测依据和方法
• 4.6.2 异型基坑测点布置
• 4.6.3 监测数据处理与分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 异型深基坑沉降预测
• 5.1 灰色系统理论
• 5.1.1 灰色系统理论简介
• 5.1.2 灰色模型
• 5.2 异型深基坑沉降灰色预测
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 建议和展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历