超深基坑开挖对坑底工程桩受力及位移影响的数值分析

摘要

大面积超深开挖基坑意味着开挖到底后的工程桩桩侧的法向土压力大幅度减少,同时开挖导致的坑底土产生强烈回弹,会使土对桩身在自桩顶以下很大长度内产生上拔作用,而桩身下部则会产生向下的摩擦力以平衡坑内土回弹对桩身上部产生的上拔力,桩身全长处于受拉状态。基坑开挖导致桩身受力特点与浅开挖条件桩基存在显著差异。本文的主要研究工作及成果如下:
　　(1)运用ABAQUS软件并采用修正剑桥本构模型,建立了三种不同工况下的二维轴对称有限元单桩试桩模型,通过对比研究分别得出开挖引起的卸荷效应和回弹效应对坑底工程桩刚度的影响。对比分析结果表明:开挖引起的土体卸荷效应和回弹效应均降低坑底桩的极限竖向变形刚度和承载力。
　　(2)本文还建立了考虑基坑降水开挖的三维单桩模型,以探究分析降水基坑开挖过程中土体回弹引起的桩身拉力,并着重分析了降水对坑底土体、桩顶回弹以及桩身拉力的影响。分析结果表明:基坑降水明显减少了基坑坑底土体回弹、桩顶回弹总量以及桩身拉力值,考虑基坑降水明显的提高了坑底桩的竖向变形刚度和极限承载力。
　　(3)本文建立了两种群桩模型,一种是1/4矩形基坑计算模型,用以考虑基坑开挖引起坑底群桩不均匀沉降的空间效应,尤其是角桩、边桩和中心桩的竖向刚度和承载力的差异;另一种是长条形全基坑计算模型,用以分析探究影响群桩不均匀沉降的原因和影响因素。分析结果表明:开挖导致不同位置处群桩刚度降低程度及其差异性均远远大于单桩刚度降低程度及其差异性;在各级工作荷载作用下,坑底群桩整体呈现碟形沉降趋势,且由于受群桩效应的影响,群桩侧摩阻力曲线呈R形分布;在对比不同桩长工况下的计算结果是发现,坑底群桩不均匀沉降存在一个“最不利桩长”现象,即在该桩长下,坑底不均沉降差值达到最大。

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第一章 绪论

1.1国内外现状

1.2本文主要研究内容

第二章 开挖条件下土体卸荷效应与回弹效应对坑底工程桩刚度影响的二维有限元分析

2.1有限元软件以及有限元模型介绍

2.2不同试桩方法的有限元计算结果分析

2.3本章小结

第三章 考虑降水的基坑开挖土体回弹引起的桩身拉力探究

3.1有限元模型介绍

3.2有限元模拟结果

3.3本章小结

第四章 基坑开挖条件下坑底群桩沉降三维数值分析

4.1有限元模型介绍

4.2有限元模拟结果

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1本文工作总结

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢