坑中坑基坑支护结构工作性状研究

摘要

随着经济的发展和城市人口的剧增，城市建设步伐日趋加快。大批高层建筑、地铁、地下商场、车库等大规模地下空间的建设都出现了超深基坑。为了满足基础结构、电梯井或地下室功能等的需要，常常要在大基坑内部进行二次或多次开挖，这就出现了二级以及多级基坑现象——坑中坑。基坑工程往往具有事故多发的特征，特别是坑中坑基坑的安全问题更应加以重视，但是，国内外针对坑中坑基坑的理论研究还较少。 本文以某一典型的坑中坑基坑为研究对象，先用常规的计算方法进行设计，然后利用abaqus有限元软件进行了二、三维模拟，采用强度折减与有限元相结合的方法对内外坑相互间的影响进行了弹塑性分析。并在已有计算模型的基础上，对比分析了不同平台宽度、内坑深度对坑中坑基坑等效塑性应变、被动土压力、连续墙水平位移、安全系数的影响。最后，分别用四种方法计算坑中坑基坑的外坑被动土压力。 通过研究，得到的主要结论有: (1)外坑支护计算时必须考虑内坑对外坑的影响，内坑处于2.0～2.7倍内坑开挖深度范围内，基坑设计时须对外坑的被动土压力进行折减;处于4.5～5倍内坑开挖深度范围内，仍须考虑内坑对整体安全系数的影响;在4.5～5倍内坑开挖深度范围外，可以将内、外坑作单独设计。 (2)在内坑的影响范围内，内坑对整体稳定性影响程度大于被动土压力影响程度，内坑深度对外坑连续墙变形的影响程度大于平台宽度对外坑连续墙变形的影响程度。 (3)微分法和有限元法计算坑中坑被动土压力较为合适。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 坑中坑研究现状

1．2．2 基坑支护结构所受土压力研究现状

1．3 本文的主要工作

2 现有坑中坑开挖的理论分析问题

2．1 引言

2．2 支护结构后土压力计算方法

2．2．1 朗肯土压力

2．2．2 内坑对外坑影响的基本力学原理

2．3 基坑稳定性分析方法

2．3．1 传统的基坑稳定性分析方法

2．3．2 有限元法计算基坑稳定性

2．4 常规方法应用于坑中坑基坑的局限性

2．4．1 按外坑深度计算结果

2．4．2 按内坑深度计算结果

2．5 小结

3 坑中坑基坑有限元分析

3．1 引言

3．2 坑中坑基坑二维数值分析

3．2．1 计算软件

3．2．1 材料本构关系

3．2．2 模型基本参数的确定

3．2．3 连续墙与土的接触

3．2．4 施工过程模拟

3．2．5 初始应力平衡

3．3 二维数值计算结果分析

3．3．1 连续墙水平位移分析

3．3．2 地表沉降位移分析

3．3．3 连续墙应力分析

3．3．4 外坑被动土压力分析

3．3．5 基坑支护稳定性分析

3．4 坑中坑基坑三维数值分析

3．4．1 几何模型及边界条件

3．4．2 有限元模型的网格划分

3．4．3 施工过程模拟

3．5 三维数值计算结果分析

3．5．1 位移场

3．5．2 连续墙的侧向土压力

3．5．3 连续墙应力分析

3．6 二维与三维有限元分析结果对比

3．6．1 连续墙水平位移对比分析

3．6．2 地表沉降对比分析

3．6．3 被动土压力对比分析

3．7 小结

4 基于二维的坑中坑基坑影响因素分析

4．1 引言

4．2 平台宽度B的影响

4．2．1 平台宽度B对等效塑性应变的影响

4．2．2 平台宽度B对被动土压力的影响

4．2．3 平台宽度B对连续墙水平位移的影响

4．2．4 平台宽度B对安全系数的影响

4．3 内坑深度h的影响

4．3．1 内坑深度h对等效塑性应变的影响

4．3．2 内坑深度h对被动土压力的影响

4．3．3 内坑深度h对连续墙水平位移的影响

4．3．4 内坑深度h对安全系数的影响

4．4 不同因素的影响程度比较

4．5 小结

5 坑中坑被动土压力分析

5．1 引言

5．2 坑中坑土压力计算公式的理论推导

5．2．1 用水平微分单元法求土压力

5．2．2 用塑性理论法求土压力

5．2．3 用叠加法求土压力

5．2．4 用规范法求土压力

5．3 实例分析

5．3．1 模型简介

5．3．2 模拟结果

5．4 土体破裂角分析

5．5 坑中坑土压力计算结果的对比分析

5．6 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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