黄土深基坑支护有限元模拟及反演分析

论文摘要

随着基坑工程的发展,传统的基坑设计理念及计算理论均已不能满足工程需求。本文以实际工程为背景,采用有限元模拟和现场监测数据相结合,研究不同参数变化对基坑稳定性和支护体系变形的影响。通过本文研究,提出对类似基坑工程设计、施工有指导意义的成果和建议。本文完成的工作有：1)将常见土体模型的有限元模拟结果与工程实际监测值对比分析,运用HS土体模型模拟基坑开挖比MC土体模型具有更接近实际的模拟结果。2)土体的内摩擦角、粘聚力、重度、连续墙嵌固深度以及内支撑预应力值是影响连续墙水平位移的关键因素。其中土体内摩擦角对连续墙的水平位移影响较为明显,连续墙的水平位移量随着内摩擦角的增大显著降低；当连续墙嵌固深度较小时,土压力主要由内撑承担,嵌固深度较大时,则由内撑和被动土压力区土体共同承担；内撑预应力值的增大,将使得基坑竖向开挖面的水平位移降低,局部甚至出现反向位移。3)土体弹性模量、重度是影响坑底隆起位移量的重要因素。连续墙嵌固深度对基底隆起位移量影响不明显,但随着连续墙嵌固深度的增加呈降低趋势。内撑预应力的改变,对基底位移值基本无影响。4)内支撑的轴力大小主要受土体的内摩擦角和重度、连续墙的墙体厚度以及嵌固深度的影响。随着土体摩擦角的增大,内撑轴力降低；土体重度的增大,将使内撑轴力增大。5)随着基坑超挖深度的增加,连续墙水平位移值将有显著提高,不同工况超挖对连续墙的水平位移影响不同,但总体呈增大趋势。当第三层土超挖,在开挖的完成状态,第一道内撑轴力将增大20.38 kN,第二道内撑轴力将增大41.47 kN；超挖还使得坑底土体卸载位移增大。6)基于工程实际监测数据,利用Matlab编制反演程序并以反演计算值与监测值差的平方和最小作为反分析土体地基系数的判别标准。反演计算得到的土体地基系数不仅能够与工程现场监测数据吻合较好,同时还能够合理的预测基坑后续工况支护结构位移,因此将该方法用于基坑开挖位移预测是切实可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外深基坑的研究现状与发展
• 1.2.1 土压力及支护结构研究现状
• 1.2.2 基坑渗流稳定性研究
• 1.2.3 超前预测系统研究
• 1.3 基坑研究中存在的问题
• 1.4 课题研究的目的与意义
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 黄土的工程特性
• 2.1 黄土的分布概况
• 2.1.1 黄土世界分布概况
• 2.1.2 黄土在我国的分布概况
• 2.2 黄土的基本性质
• 2.2.1 黄土的物理性质
• 2.2.2 黄土的化学性质
• 2.2.3 黄土的工程力学性质
• 3 深基坑的设计计算基本理论
• 3.1 土压力设计计算理论
• 3.1.1 库仑土压力计算理论
• 3.1.2 朗肯土压力计算理论
• 3.1.3 分层土压力计算
• 3.2 支护结构设计计算理论
• 3.2.1 常用支护方法
• 3.2.2 支护结构主要设计理论
• 3.2.3 经典法设计理论
• 3.2.4 弹性地基梁法设计理论
• 3.2.5 有限元法设计理论
• 4 黄土深基坑开挖模型的选择
• 4.1 有限元法概述
• 4.2 常用土体模型及适用条件
• 4.2.1 摩尔—库仑模型（MC）
• 4.2.2 修正摩尔—库仑模型（HS）
• 4.2.3 土体模型适用条件
• 4.3 某深基坑数值模拟
• 4.3.1 工程地质概况
• 4.3.2 基坑工程参数
• 4.3.3 黄土深基坑模型的验证及确定
• 4.3.4 小结
• 4.4 总结
• 5 黄土地区深基坑稳定性影响分析
• 5.1 正交法简介
• 5.2 土体性质的影响分析
• 5.3 连续墙参数的影响分析
• 5.4 内支撑刚度及预应力的影响分析
• 5.5 基坑超挖的影响分析
• 5.6 总结
• 6 基坑工程参数的反演分析
• 6.1 基本方程
• 6.2 考虑开挖阶段的矩阵方程
• 6.3 目标判别与优化
• 6.4 工程实例
• 6.4.1 工程简介
• 6.4.2 反演结果分析
• 6.5 总结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 下一步研究工作的想法
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果