某项目深基坑开挖全过程数值模拟及实测对比分析研究

摘要

随着青岛沿海地区的不断发展，青岛临海地区高层建筑物不断兴建，深基坑工程也不断增多。青岛临海地区土层地质条件复杂，尤其在红岛地区的临海区域，上部存在大量淤泥质土层，下部为坚硬的岩石层，属于上软下硬的土岩复合地层。在基坑开挖过程中，由于开挖方式不同、超载及土层的复杂性和离散性等原因，基坑的变形往往无法进行精确的理论计算，人们在借鉴其他地区深基坑开挖规律基础上，需对本地区临海复杂地质条件下深基坑的开挖规律进行研究。 本文主要的研究内容包括：（1）阐述了基坑优化和数值分析两个方面国内外的发展过程和研究现状，清晰了解了这两方面国内外的研究状态。（2）介绍了青岛地区基本的地质情况、青岛地区常用的支护方式以及在不同条件下基坑所适用的支护方案，并对基坑设计的基本要求进行了介绍。（3）以青岛某项目酒店深基坑为工程背景，使用理正深基坑软件对基坑不利剖面进行设计验算。（4）建立迈达斯GTS三维有限元模型，将数值模拟结果与实测值进行对比分析。研究基坑围护结构刚度、锚杆的布置位置、预应力值、锚杆的间距等因素对基坑变形的影响。（5）通过对不同工况下有限元计算结果的对比分析，对基坑进行影响因素分析和优化探讨。 本文得出的结论主要包括：（1）使用理正深基坑软件对基坑不利剖面进行设计验算，通过对设计验算结果的分析，各个指标均符合规范的要求，说明了设计方案的安全可靠性。（2）通过对酒店基坑坡顶水平位移、坡顶竖向位移、深层水平位移和锚杆轴力的监测，得出最大桩顶水平位移为42mm，最大桩顶垂直位移为17mm，围护结构最大水平位移为35.3mm。（3）经过对酒店深基坑的模拟结果进行分析，基坑的深层水平位移和锚杆轴力的变化规律与监测值的变化规律相一致，验证了基坑模型的可靠性。（4）经过对不同厚度围护结构有限元模型运行结果的对比，得出随着围护结构厚度增加，在预应力锚杆以下位置，围护结构的水平位移呈线性减小的趋势。（5）对模型中锚杆设置不同预应力，得出在一定程度上锚杆预应力值的改变对基坑深层水平位移和基底隆起的影响较小。（6）对模型中锚杆设置不同竖向位置，得出随着锚杆竖向布置位置的下降，基坑桩中位移逐渐减小，桩顶水平位移逐步增大。（7）经过对不同锚杆水平间距有限元模型运行结果的对比，得出随着锚杆水平间距的变大，在基底以上围护桩部分深层水平位移不断增大，在嵌固于土体中的围护桩部分水平位移未发生明显变化。

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摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1临海复杂地质条件下深基坑支护研究的背景与意义

1.2临海复杂地质条件下深基坑存在的问题

1.3国内外的研究现状

1.3.1深基坑支护方案优化及设计优化现状

1.3.2基坑数值分析研究现状

1.4深基坑的发展趋势

1.5论文的研究内容、方法与路线

1.5.1本文研究内容

1.5.2本文研究方法

1.5.3本文研究路线

第2章 临海地区基坑支护选型分析

2.1青岛地区的地质概况

2.1.1青岛市地区的地形地貌概况

2.1.2青岛市的土层概况

2.2沿海地区常用的支护形式及特点分析

2.2.1土钉墙支护

2.2.2水泥搅拌桩重力式挡墙

2.2.3SMW工法

2.2.4排桩支护体系

2.2.5地下连续墙

2.2.6内支撑技术

2.2.7预应力锚索（杆）

2.2.8逆作法

2.3基坑支护方案的优选

2.3.1基坑支护结构选择的基本依据和原则

2.3.3支护结构选型的初选

2.4基坑设计的相关原理

第3章 某项目深基坑工程设计

3.1工程概况

3.1.1工程基本情况

3.1.2基坑及支护结构概况

3.2场地环境与工程地质条件

3.2.1地层概况

3.2.2水文地质概况

3.2.3 气象条件

3.3选择锚杆加咬合桩支护的理由

3.4酒店深基坑支护设计

3.4.1设计参数的选取

3.4.2深基坑支护结构设计计算

3.4.3基坑周边土沉降分析

3.4.4基坑整体稳定性验算

3.4.5基坑抗倾覆稳定性验算

3.4.6基坑抗隆起验算

3.5小结

本章介绍了青岛某项目酒店深基坑的工程概况和场地环境与地质条件，经过多个方案的探讨选择了使用桩锚支护的

护体系的安全性。

第4章 深基坑开挖全过程数值模拟

4.1MIDAS/GTS软件的介绍

4.1.1概要

4.1.2迈达斯GTS程序求解方法

4.2土体本构模型的选择

4.3计算模型的基本假定

4.4基坑数值模型的建立

4.4.1模型几何参数的选取

4.4.2模型材料参数的选取

4.4.3网格划分及边界条件

4.4.4基坑开挖阶段的定义

4.5有限元计算结果分析

4.5.1地连墙水平位移分析

4.5.2锚杆轴力分析

4.5.3基底竖向位移分析

4.6小结

第5章 某项目深基坑工程监测及对比分析

5.1监测的目的和意义

5.2监测方案设计

5.2.1监测项目

5.2.2监测方法和仪器

5.2.3测点的布置

5.2.4监测频率及预警值

5.3监测结果分析

5.3.1边坡坡顶位移分析

5.3.2土层深层水平位移分析

5.3.3锚杆轴力分析

5.4监测数据与模拟结果对比

5.4.1地下连续墙水平位移对比分析

5.4.2锚杆轴力的对比分析

5.5小结

第6章 桩锚结构的影响因素分析

6.1围护结构刚度对基坑变形的影响

6.2锚杆预应力值对基坑变形的影响

6.3锚杆竖向布置位置对基坑变形的影响

6.4锚杆水平布置间距对基坑变形的影响

6.5 小结

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致 谢