桩锚支护结构在深基坑开挖过程中的变形及受力研究

摘要

随着我国国民经济的迅速发展，各种高层建筑、地下工程不断涌现，各种形式的深基坑工程在各大城市中应用也越来越广泛。桩锚支护结构体系由于施工方便、对施工空间要求小，控制基坑变形能力强等优点，在基坑支护结构中占主导地位。但是，由于该支护体系存在着设计和认识上的不足，尤其是在传统的设计理论和大多数数值分析模型中仍然存在缺陷，使得施工中无法给出更合理的方案，导致事故频发。本文以桩锚支护结构体系为研究对象，对传统的支护设计方法，基坑数值模型存在的缺陷，锚杆锚固性能和受力特性以及工程实例运用等一系列问题展开了讨论和研究。
　　（1）详细介绍了基于弹性支点法的传统桩锚支护结构的设计计算方案，指出了这种方法的所存在的问题，即每个工况之间相互独立导致计算结果失真；对地表沉降预测精度不足；以及计算过程复杂造成资源和时间的浪费。
　　（2）利用ABAQUS有限元软件，对桩锚支护结构建立了基坑整体有限元数值计算模型，模拟了不同工况下的基坑整体变形情况以及锚杆的轴力分布，并结合锚杆的设置与否和锚杆设计参数，进一步分析对基坑变形的影响。对比传统桩锚支护结构设计方法，数值模拟计算优势明显。
　　（3）通过锚杆轴力的模拟发现了基坑整体数值模型存在的缺陷，即基坑整体模型未能细致地考虑锚杆与锚固体以及土体三者之间的相互接触。为了深入研究锚杆的力学性能，借助锚杆现场抗拔试验建立锚杆抗拔有限元数值模型，得出锚杆的拉拔荷载位移关系曲线，锚杆轴力的传递特征以及侧摩阻力的分布，探索不同围压及锚固段长度对锚杆抗拔性能的影响。
　　本文借助西安市某商业中心深基坑工程实例，将传统设计方案，数值模拟分析，锚杆抗拔试验与模拟三者结合，探索桩锚支护结构在深基坑开挖过程中的变形及受力。所得结论可能对西安地区类似的基坑工程施工提供指导，同时也为预测基坑变形及锚杆性能提供经验。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

1.4 技术路线

2 桩锚支护结构的基本理论

2.1 桩锚支护结构的构成

2.2 桩锚支护结构的作用机理

2.3 桩锚支护结构的变形与破坏

2.4 桩锚支护结构的计算理论

3 基于弹性支点法对桩锚支护结构的设计计算

3.1 作用于支护结构上的荷载

3.2 基于弹性支点法的传统支护结构设计计算方案

3.3 桩锚支护结构方案设计计算

3.4 桩锚支护结构设计计算结果分析

3.5 桩锚支护结构设计计算所存在的问题

3.6 本章小结

4 基坑开挖对桩锚支护结构影响的数值模拟分析

4.1 ABAQUS有限元程序

4.2 本构模型的选取

4.3 模型的建立及分析

4.4 基坑变形数值模拟结果分析

4.5 锚杆设计参数对基坑变形的影响

4.6 锚杆轴力数值模拟分析

4.7 弹性支点法计算结果与数值模拟结果的对比分析

4.8 本章小结

5 锚杆锚固性能及锚固段轴力分析

5.1 锚杆锚固性能试验

5.2 锚杆抗拔验收试验结果

5.3 锚杆抗拔性能数值分析

5.4 锚杆锚固段轴力分析

5.5 本章小结

6 工程实例分析

6.1 工程概况

6.2 工程地质及水文条件

6.3 基坑支护方案

6.4 基坑现场监测项目

6.5 基坑监测结果分析

6.6 数值计算与现场监测的对比分析

6.7 本章小结

7 结论与展望

7.1 主要研究结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的成果

附录一 工程照片

附录二 试验照片