软土地区坑中坑开挖变形数值模拟研究

论文摘要

软土地区深基坑开挖易于引起围护结构较大的变形,尤其是坑中坑类型的复杂基坑,结构形式复杂,坑中坑围护结构外侧的土体应力状态复杂(既是前期开挖的被动土,又是坑中坑的主动土),设计方法不成熟,施工难度大,易于引起结构过大变形,进而对周边邻近既有建(构)筑物造成不良影响甚至引发病害。传统计算方法难以预测基坑及周边土体的变形,采用计算机数值仿真模拟技术是十分适用的分析技术。本文以某软土地区坑中坑基坑为工程背景,将设计、施工、监测与计算机数值模拟技术相结合,对基坑的分步骤支护和开挖过程进行二维/三维计算机数值模拟,充分考虑复合软土地层和坑中坑围护结构的空间效应,以及施工效应等因素,主要工作内容及结论如下:(1)详细介绍基坑工程计算机建模的技术要点,总结分析建模范围、边界条件、土体和结构单元模型选取的基本原则以及施工过程模拟方法。(2)以某软土地区坑中坑基坑工程为背景,采用计算语言驱动有限元分析程序建立二维的标准数值模型,模拟外坑与内坑开挖支护施工过程,通过与地表沉降和围护墙侧移实测值进行对比,校验模型及参数的合理性。模拟与实测结果均显示内坑开挖会引起坑外地表沉降进一步显著增大,内坑开挖对基坑变形的影响不容忽视。(3)根据标准模型的基坑变形计算结果,提出提高预应力和增大基底被动土加固区域的两种优化方案。结果表明,通过调整支撑预应力和坑底被动土加固范围可以在一定程度上控制坑外地表沉降,坑底被动土满堂加固对地表沉降控制效果显著,优化方案有效。(4)通过计算机三维分析表明,坑中坑开挖具有明显的三维空间效应,地表沉降槽中心位置会随着内坑开挖从外坑长边中部迁移至内坑长边中部附近;地连墙长边的侧移量远大于短边,短边长度小且两端存在阴角,呈现出强烈的空间效应,变形相对较小,而长边中部已接近平面应变状态,受约束较小,变形相对较大。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 坑中坑基坑研究现状

1.2.2 基坑计算机数值模拟研究现状

1.3 研究内容

1.4 结构概述

2 计算机数值模拟在基坑工程中的应用

2.1 基坑支护设计概述

2.2 计算机数值模拟理论基础

2.2.1 有限元方法概述

2.2.2 计算机数值模拟主要软件介绍

2.3 基坑工程施工仿真模拟

2.3.1 土体本构模型的选取

2.3.2 围护结构的模拟单元

2.3.3 施工过程的模拟

3 复杂深基坑（坑中坑）数值模型设计

3.1 PLAXIS软件介绍

3.1.1 PLAXIS的功能特点

3.1.2 一般模拟知识

3.1.3 基本单元类型

3.2 工程概况

3.3 数值模型设计

3.3.1 模型几何尺寸

3.3.2 模型边界条件

3.3.3 土层及土性模拟

3.3.4 支护结构模拟

3.3.5 建模过程

3.3.6 施工阶段的控制方法

3.3.7 施工过程模拟

4 坑中坑基坑变形特征分析及支护方案优化设计

4.1 模型校验: 模拟与实测对比分析

4.2 内坑开挖对基坑变形的影响分析

4.2.1 地表沉降

4.2.2 围护墙变形

4.3 支护方案优化

4.3.1 调整支撑预应力

4.3.2 调整被动土加固范围

4.4 小结

5 深基坑计算机数值模拟施工预测

5.1 坑中坑三维数值建模

5.2 坑中坑施工过程三维模拟

5.3 坑中坑开挖效应三维分析

5.3.1 地层竖向位移

5.3.2 围护结构位移

5.3.3 围护结构内力

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

作者简介

作者在攻读硕士学位期间获得的学术成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 聂启博

导师: 刘天波,关智

关键词: 计算机语言建模,数值模拟,软土复合地层,深基坑,坑中坑,空间效应

来源: 沈阳建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,建筑科学与工程

单位: 沈阳建筑大学

分类号: TU753;O242

DOI: 10.27809/d.cnki.gsjgc.2019.000421

总页数: 79

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