深基坑支护结构弹塑性设计计算方法研究与应用

摘要

随着中国经济的发展，高层建筑越来越多，与之相应的基坑开挖越来越深。由于基坑工程是一项多学科交叉的综合性工程，基坑设计的理论与设计方法在世界范围内是一个尚未很好解决的问题，本文简要地讨论了国内外基坑工程的发展现状以及本研究课题的前沿性、交叉性及工程急需性。论文主要就以下几个方面进行了研究：1.论文分析了基坑支护设计的常规方法，介绍了自由端法、固定端法及建设部规范法的设计原理，研究了这些设计方法存在的不足，并提出了改进的固定端法。2.论文把弹性地基梁法与有限元法都归结为基于变形的设计方法。弹性地基梁法与杆件有限元法都无法预测基坑周围的变形，文中仅进行了简要的讨论。本文研究的重点放在平面弹塑性有限元上，文中详细讨论了弹塑性本构关系、屈服准则、弹塑性普遍方程及其展开式等。3.针对Goodman无厚度接触面单元存在的缺点，本文提出了一个新的无厚度接触面单元。本文重点研究了此接触面单元的有限元方法的实现形式，使之应用非常灵活，此接触面单元具有较为广泛的适用范围，值得进一步研究。通过工程实例分析，采用天然地基侧向卸荷剪切过程的模量公式验证了新接触面单元的正确性。4.结合润扬大桥北锚碇基础的设计及施工方案，用弹塑性有限元方法对该超大深基坑的开挖和支护过程进行了数值模拟，分析了施工过程中支护结构和周围土体的受力、变形及塑性区发展状况，为工程设计和现场施工提供了理论参考和指导。关键词：基坑支护　设计理论与方法　改进的固定端法　弹塑性有限元方法基坑位移　影响因素　模量公式　边界条件　有限元方法

目录

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第1章深基坑工程概论

1.1深基坑工程发展现状

1.1.1我国深基坑工程发展现状

1.1.2国外基坑工程发展现状

1.1.3基坑支护的结构形式

1.1.4围护结构设计

1.1.5施工

1.1.6相关科研

1.2深基坑工程的发展趋势

1.2.1系统化

1.2.2规范化

1.2.3智能、机械化

1.2.4信息化

1.3课题研究的意义与主要内容

1.3.1课题研究的意义

1.3.2论文研究的主要问题

第2章常用的基坑支护设计方法

2.1常用的土压力理论

2.1.1朗肯土压力理论

2.1.2库伦土压力理论

2.2常用的强度设计方法

2.2.1恳臂梁支挡结构

2.2.2自由端法

2.2.3固定端法

2.2.4建设部法

2.2.5常规设计方法存在的不足

2.3改进的设计计算方法

2.3.1改进法基本原理

2.3.2改进法应用举例

2.4弹性地基梁法

2.5杆系有限元法

2.6平面弹塑性有限单元法

2.6.1土体的本构关系

2.6.2弹塑性普遍方程

2.6.3屈服准则

2.6.4考虑基坑开挖过程

2.6.5粘塑性解法

2.6.6有限元划分

第3章软土开挖边坡的稳定性计算分析

3.1计算模型与原理

3.1.1土的本构模型

3.1.2土体变形与孔隙水渗流的共同作用

3.1.3计算方法与步骤

3.2单阶开挖边坡计算实例与结果分析

3.2.1开挖参数对安全系数的影响

3.2.2土体参数对安全系数的影响

3.2.3排水条件对安全系数的影响

3.2.4坑外地下水位对安全系数的影响

3.3深基坑多阶开挖边坡的稳定

3.4结论分析

第4章平面有限元分析中的接触面单元

4.1 Goodman单元与Desai薄单元

4.2平面有限元分析中的新接触面单元

4.3新接触面单元的有限元实现

4.3.1有限元方法分析

4.3.2拉应力求解

4.3.3接触面再受压的情况

4.4接触面单元的应用与分析

4.4.1天然地基侧向卸荷剪切过程的模量公式

4.4.2工程概况及支护结构体系

4.4.3有限元计算

4.4.4分析与评价

第5章弹塑性有限元数值模拟与分析

5.1土体的本构模型

5.1.1 D-C模型

5.1.2椭圆-双曲线模型

5.2模拟土体开挖过程

5.2.1 非线性分析方法

5.2.2开挖荷载的模拟方法

5.2.3基坑开挖计算网格自动剖分程序开发

5.3工程实例分析

5.4分析小结

第6章结论与建议

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果