深基坑开挖对周围地下管线变形影响的有限元分析

论文摘要

深基坑开挖对周围地下管线影响的研究,是基坑工程中的重要课题。本文在前人研究的基础上,考虑了基坑围护结构、土体与地下管线变形的耦合作用,采用有限元软件ANSYS对这一问题进行了三维有限元分析,主要有以下内容:(1)介绍了各种有限元理论的特点,着重阐述了用于分析此课题的三维有限元模型的关键技术、单元类型等。(2)运用大型通用有限元软件ANSYS建立了基坑围护结构、土体和地下管线为一体的三维有限元模型。土体采用8节点的实体SOLID45单元;地下管线和地下连续墙均采用4节点的壳单元SHELL63模拟;围护结构与土体之间采用了无厚度的摩擦单元;土体按土质分层处理,且考虑分步开挖。(3)采用上述模型分别分析两种常用基坑——悬臂式和内撑式基坑开挖引起地下管线变形的影响因素。首先以悬臂式基坑中的地下管线进行分析,着重研究了距离基坑远近、埋深、管材种类、下卧层土质、管线周围土体的土质以及基坑尺寸对地下管线的影响;然后分析了内撑式基坑开挖对地下管线的影响,重点考虑了基坑分步开挖、埋深、距离基坑远近及支撑刚度的影响因素。(4)采用有限元软件ANSYS对深基坑开挖时周围同一位置处,地下管线的变形与无管线时土体的变形作了对比分析,分别考虑了在距基坑边不同距离处、不同深度处以及不同管材的对比。得出管线的变形曲线形式,与无管线时该位置土体变形的曲线形式基本一致。(5)最后采用上述模型对工程实例进行了三维有限元的分析,计算出地下管线的变形,结果表明与实测结果基本吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基坑工程变形的研究现状及常用计算方法
• 1.2.2 深基坑开挖对周围地下管线影响的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 基坑围护结构及周围地下管线的有限元理论
• 2.1 概述
• 2.1.1 有限元方法
• 2.1.2 ANSYS 中有关技术的分析
• 2.2 杆系有限元理论
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 平面杆系有限元方法
• 2.2.3 空间非线性杆系有限元方法
• 2.2.4 总结
• 2.3 三维有限元理论
• 2.3.1 建模求解中的关键技术
• 2.3.2 土体的本构模型
• 2.3.3 基坑分步开挖的有限元模拟过程
• 2.3.4 模型的处理
• 2.3.5 模型的单元类型
• 第三章 悬臂式支护基坑工程周围地下管线的三维有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 悬臂式支护基坑的三维有限元建模
• 3.2.1 基本假定
• 3.2.2 算例
• 3.3 影响地下管线变形的因素分析
• 3.3.1 不同管材对位移的影响
• 3.3.2 地下管线离基坑远近对其位移的影响
• 3.3.3 地下管线埋深对其位移的影响
• 3.3.4 不同下卧层土质对地下管线位移的影响
• 3.3.5 管线周围土体的土质对地下管线位移的影响
• 3.3.6 基坑尺寸对地下管线位移的影响
• 3.4 小结
• 第四章 内撑式支护基坑工程周围地下管线的三维有限元分析
• 4.1 内撑式支护基坑的三维有限元建模
• 4.1.1 算例简图及有限元网格图
• 4.1.2 有限元模型的计算参数
• 4.1.3 基坑分步开挖过程的有限元模拟
• 4.2 影响地下管线变形的因素分析
• 4.2.1 基坑开挖步骤对地下管线位移的影响
• 4.2.2 地下管线距离基坑远近对其位移的影响
• 4.2.3 地下管线埋深对其位移的影响
• 4.2.4 支撑刚度对地下管线位移的影响
• 4.3 小结
• 第五章 基坑周围地下管线的变形与无管线时土体变形的对比分析
• 5.1 引言
• 5.2 三维有限元模型的建立
• 5.3 有无地下管线时同一位置的变形对比分析
• 5.3.1 距基坑边不同距离处的对比
• 5.3.2 不同深度处的对比
• 5.3.3 与不同管材的对比
• 5.4 小结
• 第六章 工程实例分析
• 6.1 工程实例
• 6.1.1 工程概况
• 6.1.2 工程地质状况
• 6.1.3 基坑支护结构设计说明及监测方案
• 6.2 有限元模型计算参数及结果分析
• 6.2.1 有限元模型的计算参数
• 6.2.2 有限元计算结果与实测值的对比分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本课题工作小结和主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文