深基坑预应力锚杆支护的非线性有限元仿真分析

论文摘要

预应力锚杆支护方法作为支护深基坑的一种新型支护形式,与其它支护方法相比,该方法由于其经济、可靠、施工便捷、变形小、支护深度大等显著优点,在我国岩土工程领域中已得到广泛的应用。本文使用非线性有限元方法对预应力锚杆支护进行数值分析研究,为该技术得到更广泛的应用提供科学的依据。首先,采用有限元方法,对预应力锚杆柔性支护进行数值模拟。通过研究基坑的变形,锚杆的受力状态和轴力的分布规律,来分析预应力锚杆柔性支护的力学性能;其次,对预应力锚杆支护和土钉墙支护进行了比较;第三,通过对预应力锚杆柔性支护进行结构变参数分析,研究了锚杆长度、锚杆支护倾角、锚杆布置间距、锚杆长度布置方式以及面层厚度的变化对基坑变形和锚杆轴力的影响;最后,对工程实例进行有限元数值分析,与实测结果进行比较。主要研究结论如下:(1)预应力锚杆支护下基坑的水平位移和地表沉降均呈曲线分布。水平位移最大值发生在基坑顶面,随深度的增加逐渐减小:地表沉降最大值发生在坑壁处,随离坑壁距离的增大而减小。(2)锚杆在自由段范围内轴力相同,随开挖深度加深,自由段轴力增加;锚杆锚固段的轴力与自由段相连处轴力最大,其后轴力逐渐减小,末端为零。(3)锚杆所施加的预应力大小对基坑位移影响很大。随着锚杆预应力的增加,基坑位移大幅度减小,但当预应力施加到一定值之后,对基坑位移的影响幅度较小。(4)通过对预应力锚杆支护的结构参数进行变化研究,建议将上下各排锚杆取成等长,或将顶部锚杆做得长些。(5)通过对工程实例的计算分析,验证了模型建立的合理性以及采用预应力锚杆支护深基坑的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 锚杆支护的回顾
• 1.1.1 美国煤矿锚杆支护技术概况
• 1.1.2 美国锚杆发展的历史回顾
• 1.1.3 我国锚杆发展的回顾
• 1.2 锚杆分类
• 1.2.1 锚杆的分类和技术特征
• 1.2.2 锚杆系统的分类
• 1.2.3 无拉力全长胶结锚杆系统
• 1.2.4 预拉力锚杆系统
• 1.3 数值方法简介
• 1.3.1 有限元法简介
• 1.4 预应力锚杆柔性支护方法的介绍
• 1.4.1 预应力锚杆柔性支护的研究背景
• 1.4.2 预应力锚杆柔性支护的基本组成
• 1.4.3 预应力锚杆柔性支护法的施工步骤
• 1.4.4 预应力锚杆柔性支护法的优点
• 1.4.5 预应力锚杆的分类
• 1.4.6 预应力锚杆柔性支护的应用范围
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章 预应力锚杆柔性支护的模型建立与力学性能分析
• 2.1 概述
• 2.2 锚杆支护的有限元分析
• 2.2.1 有限元模型的建立
• 2.2.2 本构模型的选取
• 2.2.3 基坑工程中的力学效应
• 2.2.4 开挖荷载的处理方式
• 2.2.5 预应力锚杆开挖和建造过程的模拟
• 第三章 支护设计
• 3.1 上海迁建妇幼保健院工程
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 工程地质条件
• 3.1.3 方案概述
• 3.2 锚杆施工
• 3.2.1 施工工艺流程
• 3.2.2 施工方法
• 3.2.3 施工质量要求
• 3.3 锚杆设计
• 3.3.1 锚杆的布置和计算
• 3.3.2 横梁计算
• 3.3.3 钢板桩入土深度计算
• 3.3.4 山肩帮男近似法
• 3.3.5 基本计算参数确定
• 3.3.6 本工程基坑设计
• 第四章 预应力锚杆柔性支护的数值分析
• 4.1 ANSYS对支护的钢板桩进行变形演示及分析
• 4.1.1 ANSYS简介
• 4.1.2 计算模型
• 4.1.3 ANSYS模型
• 4.1.4 钢板桩的变形情况
• 4.1.5 钢板桩的应力云图
• 4.2 预应力锚杆柔性支护的数值分析
• 4.2.1 MATLAB简介
• 4.2.2 有限元计算结果分析
• 4.2.3 锚杆预应力大小的影响
• 4.3 小结
• 第五章 基坑变形的监测
• 5.1 基坑变形的监测结果
• 5.2 计算结果与实测的比较
• 第六章 土钉墙、水泥土搅拌桩和预应力锚杆的结合、对比
• 6.1 烟台银都大厦基坑支护工程概况
• 6.1.1 工程概况
• 6.2 支护方案
• 6.2.1 基坑支护设计方案
• 6.2.2 施工条件
• 6.2.3 施工工序及进度计划
• 6.2.4 工序的施工工艺及施工质量要求
• 6.3 混合支护法的施工工艺
• 6.3.1 水泥土搅拌桩施工
• 6.3.2 土钉墙施工
• 6.3.3 钻孔灌注桩
• 6.3.4 钢筋混凝土冠梁
• 6.3.5 土层锚杆
• 6.4 土钉墙与预应力锚杆的比较分析
• 6.4.1 土钉墙与预应力锚杆的施工工艺相同点
• 6.4.2 土钉墙与预应力锚杆的二者的不同点
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历