高层建筑深基坑工程数值分析及支护结构优化设计研究

摘要

该文对国内外与深基坑工程支护设计计算相关的问题进行了分析和总结.为该文之后的分步开挖的基坑平面有限元模拟分析和研究提供了参考和依据.在考虑土与结构相互作用的基础上,采用二维平面有限元法建立了深基坑有限元模型,并模拟其复杂的分步开挖过程,对基坑性状的进行了分析和探讨.模型采用八结点等参平面四边形单元、Drucker-Prager理想弹塑性本构模型以及用接触面单元模拟了土与围护结构的相互作用,并给出了相应的接触面模拟的接触算法流程.利用平面有限元模型对深基坑工程的开挖性状进行了分析,研究了开挖过程中围护结构的水平位移、墙后土体的地表沉降、支撑力等的分步开挖效应.探讨了围护结构刚度(墙体宽度)、墙体插入深度和支撑刚度对基坑性状的影响.提出了基于变形控制的支护体系优化设计方法.该方法考虑了支护结构和土的相互作用;考虑了支护结构和内撑结构之间的整体协调.首次将优化技术和有限元方法相结合的方法,用于基坑支护体系的优化设计,结果显示出该方法是可行的.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1概述

1.2深基坑支护结构计算的现状及存在的问题

1.3选题目的及意义

1.4本文所做的工作

第二章基坑支护设计理论

2.1围护结构上的土压力

2.1.1朗肯土压力理论(Rankine,1857)

2.1.2库仑土压力理论(Coulomb,1773)

2.1.3粘性土主动土压力

2.1.4基坑开挖支护中的土压力

2.2基坑围护体系

2.2.1围护结构型式及适用范围

2.2.2止水降水体系

2.3支护结构的计算方法

2.3.1围护结构的计算方法

2.3.2支撑体系的计算方法

2.4围护结构的稳定性分析——入土深度的确定

2.4.1根据基坑抗隆起的稳定条件确定入土深度

2.4.2根据抗管涌的稳定性条件确定入土深度

2.5基坑变形分析

2.5.1墙体的变形

2.5.2坑底土体隆起

2.5.3周围地表的沉降

第三章考虑深基坑施工作用影响的基坑环境理论

3.1基坑施工作用下的土体性质的变异研究

3.1.1应力状态和应力路径的改变

3.1.2扰动土体工程性质的变异

3.2基坑开挖工程的环境土工问题

3.2.1软土深、大基坑工程及其环境土工问题

3.2.2基坑施工中的时空效应问题

3.3深基坑的工程环境效应

3.3.1降排水环境效应

3.3.2围护桩、基桩施工环境效应

3.3.3土方开挖环境效应

3.3.4止水帷幕渗漏水环境效应

3.4深基坑开挖的环境问题对策

第四章深基坑工程平面有限元基本原理

4.1有限单元分析方法的基本理论

4.1.1有限元基本方程

4.1.2有限元分析的解题过程

4.2土体的本构模型的选择

4.2.1概述

4.2.2土的弹性本构模型

4.2.3土的弹塑性本构模型

4.2.4土的粘弹塑性本构模型

4.3接触面单元

4.3.1接触面单元的发展

4.3.2古得曼(Goodman)接触摩擦型单元

4.3.3本文中所用接触面的模拟

4.4支撑杆单元

4.5深基坑工程开挖的有限元分析模型

4.5.1力学计算模型的选择

4.5.2计算域及边界条件的确定

第五章深基坑工程平面有限元分析

5.1参考算例的计算简图、计算参数和计算步骤

5.1.1计算简图

5.1.2计算参数

5.1.2基坑分步开挖的模拟

5.1.3计算步骤

5.2围护结构周围地表沉降和墙体水平位移的性状分析

5.2.1基坑的分步开挖效应

5.2.2围护结构周围地表沉降的分步开挖效应

5.2.3围护结构水平位移的分步开挖效应

5.3围护结构刚度、插入深度、支撑刚度对基坑性状的影响

5.3.1挡墙刚度(宽度)的对基坑性状的影响

5.3.2挡墙插入深度对基坑性状的影响

5.3.3支撑刚度对基坑性状的影响

第六章基坑工程内支撑系统优化设计

6.1优化设计的基本概念

6.2优化设计的步骤

6.3优化设计算法

6.4深基坑内支撑系统的优化设计

6.4.1土体、支护结构与内撑系统的共同作用

6.4.2深基坑内支撑系统的支撑截面的优化设计

第七章工程实例分析

7.1工程概况

7.2围护体系及支撑体系

7.3计算结果与实测结果比较分析

7.3.1墙体水平位移

7.3.2支撑优化

结语

致谢

参考文献