深基坑支护时间效应的有限差分法分析

摘要

深基坑支护是与土密切相关的工程，在上海等软土地区，土具有明显的流变特性，时间效应表现得极为明显。减少基坑的暴露时间能有效的控制围护结构的位移，已成为岩土工程界的共识。如果能在工程设计中，充分考虑每个工况所用的时间，缩短支护结构的施工周期，就能大大降低工程费用，。本文采用有限差分法，该方法在解决富含节理和大变形的岩土工程问题具有较明显的优势。应用功能强大的岩土工程分析软件Flac，建立了实用的二维分析模型。在该模型中，土体采用Burger蠕变—粘塑性模型，不仅考虑了土的弹塑性力学性能，也考虑土的蠕变、应力松弛等流变性能；围护结构采用桩单元，可以有效的模拟围护桩的弯曲以及桩土之间的接触作用；考虑了水土的耦合作用，并模拟了降水过程。同时，较详细的介绍了该模型中各种材料参数的确定方法，并尽量采用工程设计中常用的参数和一些简单实用的方法。接着，本文应用该模型分析了复旦大学光华楼和西部大厦的深基坑支护结构。复旦大学光华楼和西部大厦工程规模、地质情况和周边环境相近，围护结构相同，主体开挖深度前者(9.30m)比后者(8.05m)深。但是复旦大学光华楼采用的是一道混凝土支撑系统，而西部大厦采用的是两道混凝土支撑系统。分析结果和监测数据能较好的吻合。数据分析表明，两个工程的围护结构的最大位移相当，且都在规范的范围内，这说明在一定开挖深度条件，合理的进行设计，在不降低安全度的前提下，采用一道支撑比采用两道支撑可以节约工期。工程实践也表明，在深基坑设计中考虑时间效应，可以缩短工期，减少工程造价，具有明显的经济效益。当然，本文主要分析的是开挖深度在8～9.5m之间的情况，开挖深度更深时采用几道支撑需进一步研究，但其方法和结论对软土深基坑的设计与开挖有着较为重要的理论意义和实践价值。关键词：深基坑支护 时间效应 有限差分法 Flae Burger蠕变—粘塑性模型桩单元 水土耦合 复旦大学光华楼 西部大厦

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第1章 绪论

1.1课题的提出

1.2研究的途径

第2章 有限差分法及计算模型

2.1概述

2.2 Flac及有限差分法

2.2.1 Flac概述

2.2.2 Flac和有限元程序比较

2.2.3有限差分法收敛性判别

2.3有限差分法计算模型

2.4材料模型与参数选择

2.4.1土的本构模型

2.4.2支护结构

2.4.3支护结构的等效计算

2.4.4接触面

2.4.5地下水与土体的耦合

2.5边界条件

2.5.1荷载边界条件

2.5.2位移条件

2.6初始应力条件

2.7基坑开挖过程的模拟

2.7.1降水

2.7.2开挖

2.7.3安装支撑

2.7.4换撑和拆撑

第3章 深基坑支护设计与施工实例

3.1概述

3.2复旦大学光华楼

3.2.1工程规模及周边环境

3.2.2工程地质条件

3.2.3基坑施工方案

3.2.4材料参数的选取

3.2.5基坑开挖过程的模拟

3.2.6现场监测数据

3.3西部大厦

3.3.1工程规模及周边环境

3.3.2工程地质条件

3.3.3基坑施工方案

3.3.4材料参数的选取

3.3.5基坑开挖过程的模拟

3.3.6现场监测数据

第4章 结果分析与比较

4.1复旦大学光华楼数据分析与讨论

4.1.1复旦大学光华楼计算数据与实测数据的比较

4.1.2复旦大学光华楼结果讨论

4.2西部大厦计算数据与实测数据的比较

4.2.1西部大厦计算数据与实测数据的比较

4.2.2两部大厦结果讨论

4.3复旦大学光华楼与西部大厦的比较

第5章 结论与展望

5.1结论

5.1进一步研究的方向

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果