地铁车站深基坑开挖围护结构稳定性数值模拟分析

摘要

随着我国城市建设的不断发展,大量高层建筑以及地铁等大型公共设施出现,各种不同用途的地下空间已在各大中城市中陆续得到开发和利用,基坑工程日益增多。随着基坑越来越深,周围建筑物越来越近,导致周围环境对深基坑施工的要求也越来越高。在深基坑的施工过程中,基坑的稳定性是最受关注的问题。深基坑开挖不仅要保证相邻建筑物的安全,而且还要保证城市地下排水管道、电缆、煤气管道的安全及附近道路的正常运行。在稳定性问题中,围护结构的稳定性又是基坑稳定性的重要组成部分。
　　本文首先对如何模拟基坑开挖进行了阐述。基坑开挖全过程数值模拟研究主要包括:土体和围护墙体相互作用的模拟,二维接触面单元的模拟,本构模型的选取,自重应力的实现,预应力施加的模拟和开挖的模拟等等。本文针对青岛地铁西流庄站深基坑工程,按照规范要求对车站深基坑围护结构进行了初步的方案论证和设计,然后利用MIDAS/GTS进行了开挖过程的数值模拟分析。
　　其次,基于青岛地铁西流庄站深基坑工程实例,对深基坑普遍使用的内支撑形式——钢管支撑进行了研究。利用MIDAS/GTS对不同支撑层数的基坑进行了稳定性分析,得出了开挖过程中内支撑的轴力发展变化规律,得到了最佳的支撑层数。
　　在基坑开挖围护过程中,基坑围护结构的稳定性是比较复杂的问题,影响因素很多。最后,利用MIDAS/GTS,以青岛地铁西流庄站深基坑工程为背景,对钢支撑自身刚度,钢支撑水平间距,支撑预应力,围护墙体嵌入土体深度和地层参数等因素进行了研究。通过模拟计算结果的对比,得出了合理值。综合考虑基坑安全稳定性和节约造价的要求,对青岛地铁西流庄站深基坑工程进行了优化,得到了满意的结果。
　　上述研究得到的合理支撑层数,合理钢支撑刚度范围,合理钢支撑水平间距,合理预应力大小等参数为以后类似基坑工程的设计有借鉴作用。

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1 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 基坑工程稳定性研究现状

1.3 本文研究的主要内容和技术路线

2 深基坑开挖有限元数值模拟方法研究

2.1 有限元数值模拟基本理论

2.2 深基坑数值模拟中相关问题研究

2.3 深基坑开挖数值模拟实例分析

2.4 本章小结

3 开挖过程钢管支撑稳定性分析

3.1 引言

3.2 钢管支撑稳定性分析

3.3 本章小结

4 深基坑围护结构稳定性影响因素分析及优化

4.1 引言

4.2 钢支撑自身刚度对基坑正常使用稳定性的影响分析

4.3 钢支撑间距对基坑正常使用稳定性的影响分析

4.4 支撑预应力对基坑正常使用稳定性的影响分析

4.5 围护桩体底部嵌入深度对基坑正常使用稳定性的影响

4.6 地层参数对基坑正常使用稳定性的影响

4.7 基坑优化结果稳定性验证

4.8 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录