软土地铁车站深基坑变形的影响因素及其控制措施

论文摘要

在城市软土地区地铁车站深基坑建设中,如果控制不利,进行基坑开挖往往容易引起较大的基坑变形,严重影响周围建筑物的结构安全和正常使用,所以对地表沉降和墙体变形等要求很严格。因此深基坑开挖不仅要保证基坑工程本身的安全与稳定性,而且要有效的控制周围地层移动,因此基坑变形机理及其控制是一个很有价值的研究课题。 基坑变形受到多种因素的影响,如土的性质、支护结构的形式、开挖方式、地下水情况、周遍环境等,因此对于基坑变形的控制成为研究的热点问题。目前国内外对基坑变形估算的方法主要包括有限单元法、地层损失法和估算法,有限元法可以考虑各种因素对变形的影响,并且可以精确的预测基坑的各种变形,因此有限元法必将成为基坑变形计算的主要方法。本文主要介绍了软土深基坑的特点、变形机理、有限元基本理论、基坑变形的影响因素和控制措施等内容。 在开挖荷载的作用下,基坑必然会发生一定的变形,基坑的变形主要包括墙体的水平位移、地表沉降和基底隆起三部分,本文通过MARC有限元软件模拟了基坑的开挖过程;在数值模拟的过程中,采用了Drucker-Prager弹塑性本构模型来模拟土体的性质,采用弹性材料模拟了墙体和内支撑,同时用摩擦单元模拟了墙体和土体之间的接触性质,并模拟了基坑的开挖过程,得到了土体和支护结构随着基坑开挖的位移和受力的变化情况。本文以天津市地铁十一经路车站为研究对象,讨论了设计因素、施工因素和地质因素对基坑变形的影响,通过对变形因素的讨论,得出各个因素对变形影响的敏感性,从而找出影响变形的敏感因素,并得出了一些有益的规律性结论,如:合理的围护结构的入土深度、围护结构的厚度、加固体深度、支撑的直径和道数。通过上述讨论,一方面可以有效的控制基坑的变形,另一方面避免由于不合理的设计造成工程投资的增加,在此基础上总结了基坑工程变形的控制手段,从而为设计优化提供了方法和依据,同时也对信息化施工和基坑的监测工作起到重要的指导和参考作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 基坑工程数值模拟和土体本构模型的研究现状
• 1.3 基坑工程变形的预测方法
• 1.3.1 基坑变形预测的主要方法
• 1.3.2 基坑变形预测方法存在的主要问题
• 1.3.3 本文拟采用的变形预测方法
• 1.4 本文的意义、主要内容及技术路线
• 第2章 深基坑工程的变形及其影响因素
• 2.1 基坑工程的变形现象和变形机理
• 2.2 导致基坑工程变形的主要原因
• 2.2.1 设计因素对基坑工程变形的影响
• 2.2.2 施工过程对基坑工程的变形的影响
• 2.2.3 地质条件对基坑工程的变形的影响
• 2.3 基坑工程变形控制标准
• 2.4 软土深基坑变形的主要影响因素及本文研究的重点
• 2.4.1 软土深基坑变形的主要影响因素
• 2.4.2 已有成果存在的问题
• 2.4.3 本文重点研究的影响因素
• 2.5 本章小结
• 第3章 基坑工程的有限元原理及 MARC实现
• 3.1 有限元法概述
• 3.2 土体性质的模拟
• 3.3 接触面性质的模拟
• 3.4 连续墙和内支撑的模拟
• 3.5 初始应力场和分步开挖的模拟
• 3.5.1 初始应力场的模拟
• 3.5.2 开挖荷载的计算
• 3.5.3 开挖过程的模拟
• 3.6 MARC有限元的介绍与应用
• 3.6.1 MARC软件中的Druker-Prager屈服准则
• 3.6.2 MARC软件进行基坑开挖数值模拟的具体步骤
• 3.7 本章小结
• 第4章 深基坑工程的应用实例
• 4.1 工程概况及特点
• 4.2 数值模拟简介及主要模拟的影响因素
• 4.3 计算结果及其分析
• 4.3.1 开挖引起的塑性区的分析
• 4.3.2 墙体变形的分析
• 4.3.3 连续墙的弯矩包络图及分析
• 4.3.4 墙后土体的沉降分析
• 4.3.5 支撑轴力的分析
• 4.3.6 基坑底部土体隆起的分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 影响基坑工程变形的因素
• 5.1 土体力学参数影响分析
• 5.2 连续墙设计参数的影响分析
• 5.2.1 墙体刚度的影响分析
• 5.2.2 墙体入土深度的影响分析
• 5.3 支撑设计参数的影响分析
• 5.3.1 支撑预应力的影响分析
• 5.3.2 支撑道数的影响分析
• 5.3.3 支撑刚度的影响分析
• 5.4 施工开挖与支撑顺序的影响分析
• 5.5 被动区土体加固的影响分析
• 5.5.1 加固深度的影响
• 5.5.2 加固区加固效果和加固方法的影响分析
• 5.5.3 加固体空间位置的影响分析
• 5.6 施工超载的影响分析
• 5.7 摩擦系数变化的影响分析
• 5.8 影响变形因素的综合评价与分析
• 5.9 本章小结
• 第6章 控制基坑变形工程措施的研究
• 6.1 设计中对变形的控制措施
• 6.2 施工中对变形的控制措施
• 6.3 基坑变形控制设计方法
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 7.1 本文的主要结论
• 7.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果