基坑开挖的有限元数值模拟分析

论文摘要

随着城市建设的发展,产生了大量的基坑工程,并且开挖深度逐渐增大。由于基坑工程工期长、造价高、难度大,如何合理地对基坑支护结构体系进行分析、设计和验算,已成为土木工程界所关注的热点课题。本文利用Plaxis有限元软件,采用平面有限元模型,对上海金石宾馆深基坑工程,建立了基坑工程开挖、支护模拟的有限元模型,模拟分析了该工程开挖、支护全过程。在分析中,采用Harding-soil模型模拟土体,围护结构采用梁单元,以锚定杆单元模拟横向支撑,设置不同工况,来模拟基坑的开挖、支护过程,从而可以计算分析每一工况下基坑支护结构的内力、变形和地表沉降。通过模拟分析得出如下结论:1、基坑开挖后,土体内部应力会重分布,数值模拟方法可以直观的观察其变化情况。2、有限元法模拟基坑开挖,可以为工程提供决策性建议,进行方案优化。3、有限元方法适应性强,可以模拟整个施工过程,对桩所受内力及变形有较准确的计算。4、通过有限元分析,对基坑附近有建筑物的情况,可以计算出其底部的地表沉降,由此计算出差异沉降,给予安全性评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 基坑支护现状及存在的问题
• 1.2.1 基坑支护现状
• 1.2.2 深基坑工程的特点
• 1.2.3 深基坑工程中存在的主要问题
• 1.3 基坑设计与分析研究动态
• 1.3.1 土压力理论
• 1.3.2 本构模型
• 1.3.3 支护设计理论
• 1.3.4 数值分析方法
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 基坑变形机理及支护体系的计算理论
• 2.1 基坑的变形特征及变形机理
• 2.1.1 基坑的变形特征
• 2.1.2 基坑的变形机理
• 2.2 土压力计算理论与方法
• 2.2.1 土压力研究的历史进程
• 2.2.2 土压力的主要类型
• 2.2.3 库伦土压力理论
• 2.2.4 郎肯土压力理论
• 2.2.5 土压力分布规律的相关研究方法
• 2.2.6 土压力塑性极限分析
• 2.2.7 特殊情况下的土压力
• 2.3 基坑围护结构常用计算方法
• 2.3.1 古典理论计算方法
• 2.3.2 解析方法
• 2.3.3 有限元法
• 第三章 基坑支护结构的有限元数值模拟方法
• 3.1 有限元法
• 3.1.1 有限元法的分析原理
• 3.1.2 有限元单元法分析过程
• 3.2 PLAXIS在基坑工程中的应用
• 3.2.1 岩土工程有限元程序PLAXIS简介
• 3.2.2 Hardening soil模型
• 3.2.3 单元的选择
• 3.2.4 计算域及边界条件的确定
• 第四章 工程实例
• 4.1 工程简介
• 4.1.1 结构概述
• 4.1.2 周围环境概况
• 4.1.3 支护体系
• 4.2 数值模拟
• 4.2.1 单元选择
• 4.2.2 本构模型
• 4.2.3 荷载与边界条件
• 4.2.4 数值模拟分步开挖过程
• 4.3 数值模拟结果
• 4.3.1 基坑周围土体的有效应力
• 4.3.2 基坑分步开挖过程中的内支撑的轴力变化
• 4.3.3 基坑分步开挖过程中围护桩的力矩变化
• 4.3.4 桩在开挖过程中的水平位移
• 4.3.5 基坑开挖个阶段整体位移
• 4.3.6 基坑底部隆起
• 4.3.7 地表沉降
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 地下水的作用
• 4.4.2 有限元模拟结果与传统弹性解法的比较
• 4.4.3 地表沉降随时间的变化
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果