止水帷幕与排桩复合支护结构的空间效应分析

摘要

地下水位较高地区的基坑支护设计,需要同时考虑止水和挡土两方面的作用,止水帷幕和排桩组合支护是一种常见的支护措施。但是设计时认为止水帷幕仅作为阻挡地下水的屏障,而不考虑其挡土作用。此外,基坑是一个具有长、宽、高的空间体系,以往的设计中常常采用二维平面应变的简化计算模型,不能反映基坑的空间效应。
　　本文采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS分别建立考虑止水帷幕的二维平面模型,考虑空间效应的三维有限元模型以及同时考虑空间效应和止水帷幕作用的三维有限元模型,研究基坑的空间变形性状以及止水帷幕对支护结构变形和土压力分布的影响。分析结果表明:
　　(1)止水帷幕具有挡土和止水的双重作用。水泥搅拌桩的排数越多,挡土作用越明显,支护结构变形越小;随着止水帷幕和支护结构距离的增加,支护结构的水平位移是先减小后增大的,中间某处达到最小值;基坑越深,支护结构位移越大,止水帷幕挡土作用越强;止水帷幕的插入比对支护结构变形的影响不大。
　　(2)支护结构的变形、土压力分布、坑底隆起以及地表沉降具有明显的空间效应。基坑角部的空间作用较强,而中部较弱。坑角处支护结构的位移和被动土压力最小,随后快速增大,基坑中部一定范围内达到最大值。主动土压力的变化规律与之相反。坑底隆起在坑角处和坑底边缘较小,坑底中部最大。地表沉降在坑角处最小,基坑中部最大。
　　(3)空间效应受长宽比的影响。长宽比越小,基坑的空间效应越强。基坑存在临界长宽比。长宽比小于临界长宽比时,空间效应随长宽比变化较大;长宽比大于临界长宽比以后,不考虑空间效应的影响。
　　(4)空间效应受宽深比的影响。基坑的形状一定时,基坑挖深越大,坑角效应的影响范围越大,空间效应越强。
　　(5)止水帷幕的挡土作用和支护结构的空间效应是相互影响的。止水帷幕使支护结构的空间效应有所减弱。基坑不同部位的止水帷幕挡土作用强度是不同的。

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第一章 绪论

1.1 基坑工程的发展

1.2 基坑支护工程的特点

1.3 基坑常用支护结构

1.4 深基坑支护系统的计算理论

1.5 本文的主要任务

第二章 有限元基本理论

2.1 有限元原理

2.2 ABAQUS在基坑工程中的应用

第三章 止水帷幕对支护结构变形的影响分析

3.1 水泥搅拌桩

3.2 二维有限元模型的建立

3.3 水泥搅拌桩排数的影响

3.4 止水帷幕和排桩间距的影响

3.5 止水帷幕插入比的影响

3.6 基坑深度的影响

3.7 本章小结

第四章 基坑的空间效应分析

4.1 基坑空间效应的研究现状

4.2 三维有限元模型的建立

4.3 支护结构变形

4.4 土压力分布

4.5 坑底隆起

4.6 地表沉降

4.7 本章小结

第五章 止水帷幕对支护结构空间变形的影响分析

5.1 三维有限元模型的建立

5.2 支护结构变形分析

5.3 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢