SMW工法的性能分析及支撑优化设计

摘要

SMW工法，是一种在相互搭接的水泥土桩墙中插入型钢而形成的复合结构。一种是力学特性复杂的水泥土，一种是近似线弹性材料的型钢，二者相互作用，工作机理相当复杂。 论文对SMW挡墙性能进行深入研究，认为SMW挡墙的抗弯强度和刚度主要由型钢提供，水泥土对结构的强度和刚度的贡献很小，但水泥土限制了型钢的侧向位移，提高了型钢的整体稳定承载力。 分析了SMW挡墙在弯矩作用下的变形特征，推导出SMW挡墙在各阶段内力和变形的关系式，并导出工程应力范围内SMW挡墙的刚度计算式和内插型钢整体稳定承载力计算公式。 对于第一类挡墙推导出了非加筋区水平向承载力验算公式，得出非加筋区水平向承载力与型钢的截面高度和翼缘宽度有关，型钢截面高度和翼缘宽度影响了拱体宽度的大小，从而影响了承载力；同时翼缘宽度也代表了拱脚处的竖向受压面积，所以增大翼缘宽度对提高承载力是有利的，并结合工程实例进行了验算，初步认为该公式是可靠的。 论文针对某SMW工法深基坑工程，运用ANSYS有限元分析软件，对深基坑开挖的全过程进行了三维有限元分析。模拟研究了SMW挡墙中水泥土搅拌桩直径、型钢布置形式、内支撑截面及施工顺序变化对基坑支护挡墙水平位移与内力、支撑轴力的影响。 结果说明，对于复杂工程，考虑结构与土体的共同作用，进行施工全过程三维有限元分析和模拟是完全必要的。 同时，考虑基坑工程的变形和内力参数，提出了基坑支护的优化设计方案和开挖方案。 论文结论对实际工程具有指导意义，优化方案设计可以实现良好的技术经济效果。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2基坑支护方式简介

1.2.1被动支护

1.2.2主动支护

1.3 SMW工法简介

1.3.1 SMW工法的产生及应用

1.3.2 SMW的分类

1.3.3施工顺序

1.3.4 SMW挡土墙特点

1.4国内外研究现状

1.4.1水泥土性能的研究

1.4.2组合结构工作性能研究

1.4.3设计计算方法的研究

1.5本文主要工作

1.5.1研究目标

1.5.2研究内容

第二章弹塑性理论及材料本构模型简述

2.1弹塑性力学及土的本构模型

2.1.弹性本构方程

2.1.2土的弹性本构模型

2.1.3弹塑性本构关系

2.1.4土的弹塑性模型

2.1.5流动规则与硬化定律

2.2其他材料本构模型

2.3本章小结

第三章SMW工法挡墙性能研究

3.1型钢水泥土组合实验研究

3.2 SMW工法挡墙抗弯性能研究

3.2.1结构模型的建立

3.2.2截面应力与应变分析

3.2.3组合结构抗弯刚度

3.2.4水泥土刚度贡献分析

3.3 SMW工法挡墙受弯稳定性研究

3.3.1整体稳定分析

3.3.2型钢板件稳定分析

3.4本章小结

第四章SMW工法挡墙设计计算理论方法研究

4.1设计思路

4.2水泥土强度设计

4.3入土深度的确定

4.3.1型钢入土深度Dh的确定

4.3.2水泥土搅拌桩的入土深度Dc的确定

4.4 SMW挡墙截面设计与计算

4.4.1水泥土墙体厚度

4.4.2水平方向水泥土强度的校核

4.4.3组合截面刚度Ke计算

4.5承载力验算

4.5.1竖直方向受弯破坏模式及承载力

4.5.2竖直方向受剪破坏模式及承载力

4.5.3非加筋区水平向承载力公式

4.6稳定验算

4.6.1整体稳定验算

4.6.2抗倾覆稳定验算

4.6.3抗隆起稳定验算

4.7拔出力计算

4.8工程实例验算

4.8.1工程概况

4.8.2地质条件

4.8.3围护结构设计计算

4.9本章小结

第五章有限元数值模拟与结果分析

5.1有限单元法简述

5.2计算模型及计算参数的选取

5.2.1工程概况

5.2.2有限元计算模型

5.2.3计算区域及网格的划分

5.2.4计算参数的选取

5.3开挖模拟

5.4计算结果分析

5.4.1不同施工顺序下支护结构变形分析

5.4.2 SMW挡墙中水泥土搅拌桩桩径变化的影响

5.4.3型钢布置形式对支护结构的影响

5.4.4支撑截面变化的影响研究

5.4.5与工程实际监测结果对比

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢