基坑开挖变形数值模拟研究——以磁县某基坑工程为例

摘要

基坑开挖是建筑工程施工中很重要的一个环节，可以有效的保护周围环境和控制周围土体的变形，保障基础工程施工的安全与稳定，因此基坑开挖中的稳定性控制与支护结构设计及其作用机理研究是岩土工程工作人员最关心的问题之一。本文对邯郸磁县某基坑工程的桩锚支护结构采用MIDAS-GTS三维有限元软件进行了数值模拟分析，对基坑开挖过程中周围土体和支护结构的内力与变形做了系统的分析研究，具体有下述几个方面:
　　(1)阐述和总结了国内外基坑工程的研究现状及基坑设计中数值模拟方法的应用情况，本领域理论与实践发展过程中有代表性的研究工作及研究成果，介绍了本文的研究内容与方法，简要论述了基坑支护的主要方法及相关设计理论。
　　(2)介绍了该场地工程地质条件与基坑工程的施工环境，采用理正深基坑7.0软件对该基坑Ⅲ单元支护结构进行设计，得到了周围土体的变形与土压力分布，支护结构的内力与变形，并按照相关规范要求进行了变形监测。
　　(3)简要介绍了MIDAS-GTS软件的主要特点、建模的操作过程、软件的分析功能、材料模型等，并以磁县某基坑工程为依托，建立MIDAS-GTS三维有限元模型，分析开挖各工况下基坑的应力变化特征、水平位移与沉降，支护结构内力分布与变化的规律，得到一些有意义的结论:基坑开挖之前，在同一层土体中土压力均匀分布，但随着基坑开挖的进行土压力最大值逐渐向坑底运移，其在开挖面处的分布逐渐呈现出中间大两端小的特征，开挖过程中土体剪应力值呈总体逐渐增大的趋势。护坡桩外侧土压力随着基坑开挖深度逐渐增大，土体变形也逐渐增大，桩身剪力与弯矩也相应增大，且二者的峰值区域具有一定的重合性，该重合的位置在从上往下大约0.6-0.8倍基坑深度的区域。锚杆的轴力在自由段基本呈均匀分布，在锚固段临近自由段的位置会出现峰值，并在峰值之后出现沿土体深部逐渐减小的趋势。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 基坑工程的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究方法、主要内容与技术路线

1．4 本章小结

第2章 基坑支护方法与设计理论

2．1 基坑支护类型及其特点

2．1．1 放坡开挖式围护

2．1．2 土钉墙与复合土钉墙

2．1．3 重力式水泥土墙

2．1．4 地下连续墙

2．1．5 悬臂式支护结构

2．1．6 拉锚式支护结构

2．1．7 内撑式支护结构

2．2 基坑支护设计计算理论

2．2．1 土压力计算

2．2．2 支护结构设计理论

2．3 本章小结

第3章 磁县某基坑工程实例

3．1 工程概况

3．2 工程地质条件

3．2．1 地层岩性

3．2．2 地下水分布及腐蚀性评价

3．2．3 地地震效应判别

3．3 工程场地岩土层物理力学指标选取

3．4 基坑支护设计方案

3．5 基坑变形监测

3．5．1 基坑变形监测的技术要求

3．5．2 基坑监测结果

3．6 本章小结

第4章 MIDAS-GTS数值模型软件介绍与建模

4．1 MIDAS-GTS有限元软件简介

4．2 MIDAS-GTS数值模拟基本流程

4．3 MIDAS-GTS的本构模型

4．4 本构模型选取与材料单元简介

4．4．1 本构模型(constructive model)

4．4．2 桁架单元(truss element)

4．4．3 板单元(plate element)

4．4．4 实体单元(solid element)

4．4．5 等刚度转换(围护桩转成地下连续墙)

4．5 三维有限元建模

4．5．1 模型基本参数

4．5．2 模型材料参数

4．5．3 MIDAS-GTS三维有限元模型建立

4．6 本章小结

第5章 基坑开挖变形有限元分析

5．1 土体应力分布状态

5．2 土体位移变化分析

5．3 护坡桩的内力分布

5．4 锚杆的内力分布

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果