深基坑工程三维有限元模拟

论文摘要

针对深基坑支护问题,本文总结了目前常用的几种计算基坑受力与变形的方法和有限元理论,分析每种方法的特点及适用范围。在分析方法中,有限元法已成为分析岩土工程问题的实用和有效的手段。本文将深基坑的支护与开挖用三维模拟,研究了支护结构的受力和变形规律。主要研究内容包括:（1）通过对深基坑工程特点分析,对桩锚支护结构设计计算理论和方法进行探讨,建立土体单元模型,考虑土的特性和本构关系,同时考虑锚杆的的应力及变化特性;（2）一般深基坑分析采用二维平面模拟有限元基坑,未考虑到桩土锚杆的空间效应,本文用三维有限元模拟桩、桩间土、锚杆三者在空间上的共同作用机理,并考虑渗流作用下的影响,更真实的模拟现实,基于有限元的土体模型和单元的选取,本文中土体采用扩展的Druker-Prager模型,土体单元取20节点六面体二次完全积分单元C3D20R,支护桩单元和锚杆采用二次梁单元B22;（3）考虑渗流同时也考虑了止水帷幕和放坡,使土桩锚杆作用力发生改变（4）以邯郸市某支护工程为研究对象,运用有限元分析软件进行仿真分析,对支护桩和锚杆在基坑分步开挖、支护等过程中的反应进行了分析研究。将有限元计算结果与测结果相对比,说明有限元方法可应用于深基坑支护工程,指导工程设计与施工。研究表明,对深基坑工程,用三维有限元分析可以得到与实测更为接近的结果,对深基坑工程设计计算具有重要的理论意义与应用价值。

论文目录

• 论文摘要
• 英文摘要（Abstract）
• 第1章 绪论
• 1.1 深基坑工程
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 深基坑工程的特点
• 1.1.3 目前基坑工程中存在的主要问题
• 1.2 深基坑工程中土的本够关系
• 1.2.1 土体的应力路径及三维应力状态试验研究
• 1.2.2 土体卸荷变形试验研究
• 1.3 桩锚支护结构的理论研究现状
• 1.3.1 支护结构受力和变形特性的研究
• 1.3.2 土层锚杆的研究
• 1.3.3 桩锚支护结构设计计算方法的研究
• 1.3.4 桩锚支护结构优化设计
• 1.3.5 桩锚支护结构的弹性地基梁法和有限元分析
• 1.4 本文研究的主要内容与方法
• 第2章 渗流对基坑工程的影响
• 2.1 概述
• 2.1.1 渗流选题背景
• 2.1.2 渗流分析的研究
• 2.1.3 渗流场数值模拟的现状
• 2.2 渗流的基本理论
• 2.3 三维稳定渗流场有限元计算分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 支护结构的有限元分析方法
• 3.1 有限元分析方法概述
• 3.2 弹性地基杆系有限元法
• 3.2.1 原理
• 3.2.2 分析方法
• 3.3 一般深基坑有限元法存在的问题
• 3.4 本章小结
• 第4章 深基坑开挖模拟计算模型
• 4.1 计算模型
• 4.1.1 弹性模型
• 4.1.2 非线性弹性模型
• 4.1.3 Mohr-Coulomb塑性模型
• 4.1.4 Drucher-Prager模型
• 4.2 桩土的接触模拟
• 4.3 有限元中土的开挖模拟
• 4.4 本章小结
• 第5章 工程应用及分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 有限元法计算
• 5.2.1 有限元分析基本假定
• 5.2.2 有限元模型的建立
• 5.2.3 有限元计算结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果