深基坑大直径环梁支护体系受力性能分析

摘要

本文在阅读大量国内外文献,总结以往研究成果的基础上,针对基坑开挖过程中支护结构的变形及土压力的性状进行了计算方法的研究；系统分析了基坑支护结构的设计理论,分析了施工过程中支护结构的受力和变形,包括开挖过程的横向受力和变形,开挖引起周围土体的竖向变形以及基坑回弹和隆起现象；还对支护结构上承受的水平荷载进行分析；系统地分析研究了基坑分步开挖的计算方法和过程,较详细分析了基坑开挖荷载的形成,提出适合工程实际的开挖荷载的计算方法。并对开挖单元和结点的考虑提出见解。 环梁支护体系是近年来新出现的一种基坑支护结构形式,目前在我国东南部沿海地区广泛应用。相对于其他支护形式,其具有受力合理、能有效利用施工空间、结构工程量小、对基坑几何形状要求低、适用范围广等特点,是一种很适合于地基软弱地区的基坑支护结构形式。深基坑工程设计计算理论虽然有了很大的发展,但是对于复杂的环梁支护体系却没有一个成熟的设计计算理论。空间三维有限元分析是基坑计算理论发展的方向。佛山市第一人民医院肿瘤中心深基坑工程采用的是大直径环梁支护体系,其受力和变形情况较复杂,本文采用有限元分析软件MIDAS对佛山市第一人民医院肿瘤中心深基坑工程的环梁支护体系进行了三维非线性有限元模拟,分析时把土体、围护桩和水平环梁支撑系统看成一个空间三维整体进行考虑,土体模型采用了弹塑性的D-P模型,考虑了围护结构与土体的相互作用,计算了各种开挖工况下的基坑及其支护结构的受力和变形情况。通过与现场实测数据的对比分析表明,只要选择了合理的参数,该方式是很有效的一种计算方法,适合在工程上推广。本文还在三维有限元开挖模型的基础上,分析了围护桩入土深度、支撑刚度、土体模量、开挖顺序等因素对环梁支护体系内力和变形的影响,对其中比较重要的因素给出了定量分析；提出了控制基坑支护结构变形的一些措施,为实际工程中基坑的开挖提供了理论指导。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1基坑工程的发展现状

1.1.1发展现状

1.1.2深基坑支护工程的特点

1.1.3深基坑支护结构的形式及特点

1.2环形拱梁支护体系

1.2.1环形拱梁支护体系概况

1.2.2环形拱梁支护体系的发展过程

1.2.3环形拱梁支护体系的优越性

1.2.4环形拱梁支护体系的构造

1.3基坑支护结构设计的基本理论和方法

1.3.1极限平衡法

1.3.2弹性抗力法

1.3.3有限单元法

1.4基坑开挖对土体变形和土压力的影响

1.4.1基坑开挖的卸载效应

1.4.2基坑开挖时水土压力的影响

1.5深基坑支护结构存在的问题及研究方向

1.5.1存在的问题

1.5.2深基坑支护的研究方向

1.6本文研究的主要内容

第二章基坑支护结构设计理论研究

2.1概述

2.2施工过程中支护结构的受力与变形分析

2.2.1丌挖过程中支护结构的横向受力和变形

2.2.2基坑开挖引起周围土体竖向变形

2.2.3基坑开挖引起的其它变形

2.3支护结构上承受的水平荷载分析

2.3.1经典土压力理论分析

2.3.2土压力计算取值与墙体位移的关系

2.3.3水土分算与合算对土压力的影响

2.3.4深基坑支护结构中土压力模型的发展

2.4开挖卸载条件下的模量

2.5本章小结

第三章基坑分步开挖的有限元理论及MIDAS/GTS简介

3.1引言

3.2初始地应力场的计算

3.3开挖荷载的形成和计算

3.4开挖单元与结点的处理

3.5丌挖过程的有限元模拟

3.6有限元程序MIDAS/GTS简介

3.6.1 MIDAS/GTS操作流程

3.6.2 MIDAS/GTS主要分析功能

3.6.3 MIDAS/GTS材料模型

3.6.4 MIDAS/GTS荷载条件

3.7本章小结

第四章环梁支护体系的三维有限元模拟

4.1概述

4.2基坑开挖的有限元方法实现

4.3基坑开挖的有限元模拟

4.3.1工程概况

4.3.2有限元模型

4.3.3土体的本构模型

4.3.4基坑开挖过程的有限元模拟

4.4计算结果分析

4.4.1初始应力场分析

4.4.2工况一

4.4.3工况二

4.4.4工况三

4.5影响因素分析

4.5.1围护桩入土深度的影响

4.5.2支撑刚度的影响

4.5.3土体模量的影响

4.5.4施工过程(开挖顺序)的影响

4.6减小基坑变形的措施

4.6.1设计方面

4.6.2施工及监测的控制

4.7本章小结

结论、建议与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢