基于数值模拟的顶管井基坑稳定性分析

论文摘要

本文以重庆市合流污水顶管深基坑施工为研究对象,通过技术经济比较,对施工方案进行优化,并提出了合理设计参数。此外,在太沙基“土拱效应圈”理论的基础上,利用数值模拟、实时监测等手段,将FLAC3D运用于基坑开挖与支护结构进行数值模拟与稳定性分析,取得了良好的效果。顶管施工方法在我国城市地下工程中使用较少,且顶管井施工般均采用沉井设计结构,但针对重庆特殊的地下条件,本文对各种施工方案进行了优选。为优化和验证设计方案,对深基坑围护的开挖稳定性进行理论计算、计算机模拟。根据太沙基理论：基坑开挖打破了土体的原始平衡状态,会发生移动土体把压力传给相邻不动部分的传递作用,从而产生土拱效应。本文采纳了静止土压力和主、被动土压力经典计算理论成熟的优点,以深基坑土与支护结构相互作用原理及变形规律为研究核心,利用三维空间性状的土压力计算模型,将FLAC3D运用于基坑开挖与支护结构进行数值模拟与稳定性分析。在进行模拟分析的过程中,运用了大型工程分析软件FLAC3D,依据室内外试验及施工工艺,模拟了基坑分步开挖效应,分析了土与支护结构在空间性状下的位移场与应力场的变化规律,验证了基坑开挖的土拱效应及支护护结构后缘土体中存在着明显的空间效应.最后,结合重庆市合流污水管道工程的深基坑开挖的实时监测资料,从深基坑开挖过程中土压力分布规律、地表沉降变形规律、支护结构水平位移变形规律以及支护结构的应力变化规律等方面与FLAC3D软件数值模拟结果进行对比,从而对基坑稳定性进行分析,验证了工程实践。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状与展望
• 1.3.1 FLAC3D的应用研究
• 1.3.2 经典土压力理论的研究
• 1.3.3 土与支护结构相互作用的研究
• 1.3.4 数值模拟研究
• 1.4 研究的内容与方法
• 第2章 重庆顶管井基坑施工方案优化
• 2.1 工程概况
• 2.2 工程地质与水文地质条件
• 2.2.1 工程地质条件
• 2.2.2 水文地质条件
• 2.2.3 自然条件
• 2.3 顶管井基坑施工方案
• 2.3.1 工程特点
• 2.3.2 施工方案比选
• 2.3.3 施工方案优化
• 第3章 基坑开挖与支护结构数值模拟
• 3.1 基坑工程三维性状土压力计算理论基础
• 3.1.1 经典土压力计算理论
• 3.1.2 按空间性状计算土压力
• 3.2 基坑工程三维性状变形机理分析
• 3.2.1 坑底土体隆起
• 3.2.2 支护结构变形
• 3.2.3 支护结构后地表沉降
• 3.3 数值模拟计算方法的介绍
• 3.4 数值模拟模型的建立与参数的确定
• 3.4.1 工程土体模型介绍
• 3.4.2 支护结构模型介绍
• 3.4.3 模型的基本假设
• 3.4.4 模型的建立
• 3.5 基坑工程三维变形性状的数值模拟
• 3.5.1 数值模拟各监测点的布置
• 3.5.2 土体水平位移的数值模拟
• 3.5.3 支护结构水平变形数值模拟
• 3.5.4 地表沉降数值模拟
• 3.6 基坑工程三维应力场数值模拟
• 3.6.1 土压力数值模拟
• 3.6.2 基坑土体应力状态的数值模拟
• 第4章 基坑开挖与支护结构稳定性分析
• 4.1 基坑工程施工概况
• 4.2 实时监测
• 4.2.1 监测内容
• 4.2.2 测点布置
• 4.3 监测成果分析
• 4.3.1 支护结构变形分析
• 4.3.2 支护结构应力分析
• 4.3.3 侧土压力分析
• 4.3.4 地表土体沉降变形分析
• 4.4 数值模拟分析与监测成果比较
• 4.4.1 开挖面土体水平位移分析与比较
• 4.4.2 支护结构水平变形分析与比较
• 4.4.3 地表土体沉降变形分析与比较
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及发表论文
• 个人简历
• 发表论文