地铁洞桩法施工对邻近桩基侧摩阻力作用机理及时间效应分析

论文摘要

地铁隧道往往需要从建筑物的桩基础旁穿过,城市地铁隧道开挖引起地层变形超过一定范围,引起的土体位移会作用于桩,会使建筑物桩基产生变形和内力,将对邻近建筑物桩基础产生较大影响,危及邻近建筑物的安全,故研究隧道施工对邻近桩基工作性状的影响,对确保邻近建筑物的安全尤为重要。本文以北京地铁10号线国贸站工程为背景,从理论和数值分析两方面分析了隧道开挖对既有桩基在沉降和承载力方面的影响规律,并提出了地铁施工时对邻近桩基的控制措施。1.利用两阶段分析法的思想建立隧道开挖作用下的桩土荷载传递方程,采用拟合方法对该一元二次非齐次微分方程进行求解,得到桩身任意截面处的桩体位移以及桩身位移的解析解,求出桩身任意截面的应变,从而得到桩身截面的轴力和桩侧摩阻力。2.参考国贸站邻近土体的三轴流变试验资料,选用广义Kelvin蠕变粘塑性模型,利用FLAC3D软件建立隧道—桩基—土体三维数值模型,分析了地铁隧道洞桩法施工对邻近桩基影响的时间效应,从桩基沉降、轴力、侧阻力、弯矩、承台底土反力和桩端阻力几个方面研究了随蠕变时间的变化规律。3.给出了隧道开挖时控制邻近桩基变形的几种加固措施。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 隧道开挖引起地层移动的研究现状
• 1.2.2 隧道开挖对邻近桩基的影响研究现状
• 1.2.3 桩基负摩阻力的研究现状
• 1.2.4 土的流变本构模型研究现状
• 1.3 本文的研究内容及方法
• 2 隧道开挖对邻近桩基的侧摩作用机理
• 2.1 桩土相互作用模型
• 2.1.1 荷载传递法
• 2.1.2 剪切位移法
• 2.2 荷载传递方程的求解
• 2.3 隧道开挖引起桩基沉降的理论解
• 2.3.1 隧道开挖对桩土反应的影响
• 2.3.2 隧道开挖对邻近桩基的影响的计算实例
• 2.3.3 地层损失率的变化
• 2.3.4 桩身与隧道水平轴线距离的变化
• 2.3.5 桩身长度的变化
• 2.4 本章小结
• 3 隧道开挖时间效性分析理论基础
• 3.1 摩尔-库仑本构模型
• 3.1.1 弹性的增量法则
• 3.1.2 破坏准则和流动法则
• 3.2 粘弹塑性基本理论
• 3.2.1 粘弹塑性基本力学元件
• 3.2.2 粘弹塑性力学模型
• 3.3 材料单元模型
• 3.3.1 蠕变计算模型
• 3.3.2 桩单元模型
• 3.3.3 接触面单元模型
• 3.3.4 承台和隧道衬砌单元模型
• 3.4 本章小结
• 4 隧道开挖对邻近桩基时间效应的数值模拟
• 4.1 研究背景
• 4.1.1 工程介绍
• 4.1.2 地质、水文条件
• 4.1.3 总体施工方案
• 4.2 计算模型的建立
• 4.2.1 几何模型
• 4.2.2 材料模拟与参数选取
• 4.3 引起邻近桩基沉降时间效应的数值分析
• 4.3.1 地表沉降
• 4.3.2 承台中心点及桩基沉降
• 4.4 引起邻近桩基应力时间效应的数值分析
• 4.4.1 桩身侧摩阻力的时间效应
• 4.4.2 桩身轴力分布的时间效应
• 4.4.3 桩身弯矩分布的时间效应
• 4.4.4 承台底土反力的时间效应
• 4.4.5 中性点的时间效应
• 4.4.6 桩端阻力的时间效应
• 4.4.7 应力变化云图
• 4.5 影响因素引起的内力和变形比较
• 4.5.1 距隧道中心线不同距离时影响
• 4.5.2 桩长不同时影响
• 4.5.3 承受荷载不同时影响
• 4.5.4 土的力学性质的影响
• 4.5.5 桩和接触面的力学性质的影响
• 4.6 本章小结
• 5 隧道邻近桩基变形控制措施
• 5.1 工程措施
• 5.1.1 桩基补强
• 5.1.2 设置隔断
• 5.1.3 土体加固
• 5.1.4 桩基托换
• 5.2 地铁隧道施工对邻近建筑物保护的建议
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集