地铁隧道开挖引起的桩基变形及承载力变化研究

摘要

地铁隧道开挖不可避免会引起地层移动，进而对邻近的地下建筑物及其基础产生影响，严重时会危及其安全。由于大部分建筑物基础均采用桩基础，因此研究地铁隧道开挖引起的地层移动及对建筑物桩基的影响，对于合理评价桩基的安全状态，指导地铁设计、施工、灾害防治具有很重要的意义。 本文利用大型数值分析软件ANSYS建立了有限元计算模型，采用弹塑性有限元研究了地铁隧道开挖引起的地层移动及对桩基的变形及承载力影响，主要研究成果包括： 1、采用有限元软件ANSYS模拟地铁隧道开挖，分析了隧道开挖引起的地表沉降、地层竖向位移、水平位移变化规律，并与实测值进行对比分析，两者变化规律一致，但计算值偏小。 2、针对不同桩长(桩端位于洞轴线以上，与洞轴线齐平，位于洞轴线以下)进行数值分析，得到了桩体水平变形规律：桩体水平变形呈“ε”形变化趋势，桩顶、桩端、0.75倍隧道埋深处水平变形较大。当桩端位于洞轴线以上时，桩体水平变形较其它两种情况大，处于较不安全状态。桩体竖向变形自桩顶至桩端均呈减小趋势。 3、桩洞位置不同时，随着桩洞间水平距离的增大，桩体水平变形逐渐减小，其中桩顶变形变化很小，桩身中部与桩端变形变化较大。当1D＜X＜1.5D(X表示桩洞间水平距离，D表示洞径)时为变形变化剧烈区，当X＞3D时，桩体水平变形普遍较小，此区域内桩基可基本认为处于安全区域。随着桩洞间水平距离的增大，桩体竖向变形逐渐减小。 4、以桩顶下沉量为标准，分析了不同桩长、不同位置时隧道开挖前后桩的极限承载力变化：开挖后单桩极限承载力随着桩长的增大而增大，但比开挖前有一定程度的降低，其中L=H时单桩极限承载力变化率最大(为16.1％)，属较危险桩长。随着桩洞间水平距离的增大，单桩极限承载力变化值逐渐减小。 5、研究了桩体参数(桩体弹性模量和桩径)和土体参数(粘聚力和内摩擦角)对桩基变形的影响。数值试验结果表明：桩体弹模和桩径对桩体变形的影响较小，土体强度参数对桩体变形影响较大，随着粘聚力和内摩擦角的增大，桩体变形明显减小，且粘聚力对桩体变形的影响较内摩擦角更敏感。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章土的本构模型及地层移动理论

第三章地铁隧道开挖引起的地层移动分析

第四章地铁隧道开挖引起单桩变形及承载力变化分析

第五章地铁隧道开挖对单桩变形影响因素分析

结论与展望

参考文献

致谢

附录