青岛地区二元结构基坑“吊脚桩”支护设计数值分析研究

摘要

随着城市建设的迅速发展，高层超高层建筑如雨后春笋般地出现，同时，城市生活空间有限，建筑空间开始向地下发展，且基坑开挖深度越来越大。基坑工程支护方案的变化性较大，其随着基坑开挖方式、深度及工程地质状况的不同而变化，因此，为适应基坑工程的发展，出现了很多特殊型式的深基坑支护结构。近年来，对基坑开挖的环境效应要求越来越高，因此，对此类特殊深基坑支护结构的研究尤为重要。 本文选择青岛地区“吊脚桩”特殊基坑支护结构进行分析研究，结合青岛火车站站房工程实例，对“吊脚桩”支护结构的设计计算及稳定性进行研究，以便更好地指导此类工程的设计与施工。基坑工程的主要问题是优化设计计算问题，本文针对“吊脚桩”工程特点，分别对与设计计算相关的影响因素进行了分析研究。 首先对此类基坑的土层结构进行研究，“吊脚桩”的产生就源于此类二元结构土层的存在，即上层是一定深度的土层，下层为基岩的二元地质层状结构。文中对此类岩土层的上层土层与下层岩层的土压力采用分类计算的方法，并对上层土层的分层土压力进行等效处理，等效为-层土压力，以便后期计算使用。计算采用的两种总弯矩相等的计算方法，得到的等效值较接近。 其次是对此类特殊基坑工程的设计计算方法进行研究，文中对上层土体和下层岩体开挖支护结构采用不同的设计计算方法进行计算。上层土体开挖，采用传统设计计算方法进行计算，分别运用弹性抗力法、等值梁法及二分之一分担法进行计算，得到的计算结果较接近且计算效果较好；下层岩体开挖采用等效被动土压力设计方法，即，桩脚嵌固段岩石被挖除后，通过在桩脚设置锚杆拉力来替代先前的被动土抗力，达到相同的受力效果。文中对计算轴力的等效值方法进行了分析，运用两种经验计算方法与等值梁法及弹性抗力法计算得到的被动土抗力值几乎一致。 最后利用有限元模拟方法对文中使用的设计计算方法进行模拟验证以及设计计算中的影响因素进行分析研究。文中以上文提出的设计计算方法得到的计算参数建立有限元模型，并做先前计算处理。根据工程实际开挖情况进行模拟开挖，分别分析土体内部与结构的变形及受力情况并与实际现场监测值做对比分析，同时，采用强度折减法计算分步开挖每步的安全系数，通过分析可知，文中研究提出的设计计算方法较合理，能够应用于此类工程的设计与施工。经过分析，提出对此类支护结构的主要影响因素进行模拟分析，以得到各因素的影响规律，使得以后此类工程的设计与施工更优化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2桩锚支护技术的特点

1.3深基坑支护结构设计计算理论

1.4本课题国内外研究现状

1.4.1嵌岩桩支护结构土压力研究

1.4.2嵌岩桩的受力特性及设计方法研究

1.4.3基坑稳定性和变形的研究

1.5本文主要研究内容和创新性

1.5.1本文主要研究内容

1.5.2本文创新性

第二章“吊脚桩”支护结构土压力计算分析

2.1工程地质概况

2.1.1工程概况

2.1.2工程地质与水文地质条件

2.1.3“吊脚桩”支护设计方案

2.2土压力计算理论

2.2.1地下水对土压力计算的影响

2.2.2地面超载对土压力计算的影响

2.2.3地表不规则填土表面对土压力计算的影响

2.3“吊脚桩”支护结构坑壁土压力分析

2.3.1坑壁土压力分布计算分析

2.3.2基坑壁土压力等效处理分析

2.5小结

第三章“吊脚桩”支护结构设计计算分析研究

3.1多撑(锚)式支护结构设计计算方法研究

3.1.1基坑支护设计方法概述

3.1.2多支撑(锚)挡墙的设计计算方法

3.2“吊脚桩”上层土体开挖基坑设计计算研究

3.2.1“吊脚桩”设计计算模式

3.2.2零弯点的确定方法研究

3.2.3弹性抗力法m值的选取讨论

3.3“吊脚桩”下层岩体开挖基坑设计计算研究

3.3.1设计计算方法分析

3.3.2有限元模拟分析内容

3.4“吊脚桩”各计算方法计算结果对比分析

3.4.1不同计算方法的计算结果对比分析

3.4.2桩脚锚杆预应力值初步计算讨论

3.5小结

第四章桩锚支护结构有限元模拟分析理论研究

4.1概述

4.2岩土体本构模型理论基础

4.2.1本构模型的选择分析

4.2.2模型参数的关系讨论

4.3支护材料及界面单元处理

4.3.1支护材料模拟方法

4.3.2接触界面的处理

4.4有限元开挖过程计算研究

4.4.1土体初始应力的生成

4.4.2开挖荷载的计算方法

4.4.3计算类型的选择

4.5小结

第五章工程实例数值模拟分析

5.1概述

5.2模型建立及网格划分

5.2.1模型建立假设条件

5.2.2几何模型的建立

5.2.3几何模型网格单元划分

5.3施工工况模拟介绍

5.3.1施工过程有限元仿真模拟

5.3.2施工工况介绍

5.4“吊脚桩”支护结构设计计算方法有限元模拟验证分析

5.4.1模拟变形分析

5.4.2模拟内力分析

5.4.3安全系数计算分析

5.5“吊脚桩”围护结构影响因素分析研究

5.5.1支护桩嵌岩深度对位移与弯矩的影响

5.5.2桩脚嵌入岩石的深度对桩脚锚杆轴力的影响

5.5.3预留岩肩宽度的影响

5.6小结

第六章结论及展望

6.1本文研究结论

6.2本文研究展望

参考文献

致谢

个人简历及发表学术论文：