地表建筑与地下洞室共同作用分析

论文摘要

随着我国建设的不断发展,在建好的人防洞室等地下建筑上建造高层建筑的问题变得十分突出。传统的刚性基础假定已不能满足工程实践的需要,如不考虑上下部相互作用,计算成果将与实际情况有较大的出入。上部结构、基础与地下洞室地基作为一个统一的有机整体,三者相互联系、相互影响。上部结构、基础和洞室地基的共同作用已成为许多重大工程中一个不可回避的关键科学问题,对其开展研究具有较高的学术价值和工程应用价值。本文以实际工程项目—湖北省人防通讯大楼为背景,进行了现场监测和试验分析,并基于ANSYS建立了有效的宏观分析模型,对地表建筑与人防洞室群相互作用下的变形破坏机理及洞室稳定性等方面进行了较为系统的研究。本文主要研究内容及结论如下:1、介绍了工程概况和人防洞室群的基本情况,并通过现场勘察和原位测试,了解了建筑物范围内土体的工程性质,取得了后续计算分析所需的参数。2、分析了基坑的基本特征,并进行了支护方案比选及设计,得出了适合本基坑的支护方案。对基坑开挖过程进行了监测和三维数值模拟。3、阐明了防空洞与基坑的相互作用关系,采用弹性半空间的Mindlin应力解,导出了基坑开挖条件下防空洞回弹变形的计算公式,并通过数值计算对有、无洞室等两种情况下基坑的变形值进行了计算,探讨了地下洞室的存在对基坑稳定性的影响。4、开展了人防地下洞室群与地表建筑相互作用的三维数值计算,分析了人防洞室群地基在不同施工过程中的稳定性,揭示了人防地下洞室群与地表建筑相互作用规律。研究发现:在人防洞室群上直接建高层,洞室群局部的稳定性不能得到满足,且随着建筑楼层的加高,地下洞室群由稳定状态逐渐向不稳定状态发展,将影响到洞室和上部建筑的正常使用。5、结合工程实践,进行了方案比选,得出了符合本工程实际的人防洞室加固方案。对加固后的人防洞室及地表建筑进行了三维数值模拟,分析了地表建筑荷载作用下加固后的人防洞室群的变形规律和洞室群稳定性。计算结果表明,经加固后的人防洞室群,在地表建筑荷载作用下,变形大为减小,洞室群处于安全状态。6、对基础埋深对地下洞室稳定性影响进行了分析,探讨了随着基础埋深变大人防洞室稳定发展趋势,结果表明,随着建筑基础与地下洞室的最小安全厚度减小,人防洞室有向不稳定发展的趋势。给出了依托工程地表建筑基础与地下洞室的最小安全厚度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 2 有限单元法及ANSYS软件
• 2.1 概述
• 2.2 有限元基本方程
• 2.3 平面三节点及四节点有限元分析方法
• 2.4 空间问题有限元
• 2.5 数值方法的收敛性
• 2.6 ANSYS软件
• 2.7 ANSYS有限元程序
• 2.8 本章小结
• 3 工程概况与场地基本特征
• 3.1 工程概况
• 3.2 场地工程地质条件
• 3.3 地下洞室群概况
• 3.4 本章小结
• 4 深基坑稳定性分析
• 4.1 基坑特点分析
• 4.2 基坑支护方案比选与设计
• 4.3 基坑变形监测
• 4.4 基坑变形的数值模拟
• 4.5 开挖条件下地下洞室稳定性及既有洞室上方基坑稳定性的评价
• 4.6 本章小结
• 5 地表建筑与地下洞室群共同作用分析
• 5.1 有限元计算模型建立
• 5.2 计算方法
• 5.3 计算方案与参数
• 5.4 地表建筑与地下洞室群共同作用分析
• 5.5 小结
• 6 基于共同作用分析地下洞室群加固
• 6.1 加固方案比选
• 6.2 加固效果检验
• 6.3 加固条件下地表建筑与地下洞室群共同作用分析
• 6.4 基础埋深对地下洞室稳定性影响
• 6.5 计算结果与监测结果比较
• 6.6 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表的论文目录