软土基坑复合土钉支护的变形特性分析与数值模拟

摘要

近几年来复合土钉支护已在软土地区得到了广泛应用。但是对复合土钉支护的性状和加固机理的研究却远远落后于工程实践。本文针对复合土钉支护的变形特性进行研究，结合杭州地区典型的软土复合土钉支护的工程实例，应用有限元数值模拟的方法，对复合土钉支护变形特性的影响因素进行讨论。主要研究内容如下： （1）通过对现场取样的软土试样分别进行三轴固结排水试验和等向压缩试验，对杭州市区典型软粘土的力学特性进行分析，并获得了常用的摩尔—库仑模型、邓肯—张模型、修正剑桥模型等的模型参数，为有限元数值分析与计算提供参考； （2）对软土基坑复合土钉支护工程的现场实测资料进行分析，明确了复合土钉支护的水平位移、地表沉降等的发展特点及影响因素； （3）运用有限元数值模拟对深基坑复合土钉支护的变形性状进行分析，对比了不同本构模型的模拟效果，并对设计参数变化对支护体变形产生的影响进行模拟计算。 通过以上研究得到的主要结论如下： （1）通过实测分析表明对基坑的变形影响因素主要有支护形式，开挖顺序，基坑周围环境等。采用半刚性的悬臂水泥搅拌桩支护时，其水平位移明显大于同样开挖深度的复合土钉支护的水平位移；施工顺序对基坑的水平位移影响显著，同样支护形式下，先开挖的水平位移大于后开挖的；周围环境对基坑水平位移和沉降的影响也较大，靠近建筑物和交通主干道的基坑变形较大； （2）运用有限元分析表明，修正剑桥模型具有明显的优势，更符合软土的物理力学特性，也更能反映软土基坑复合土钉支护变形特性的规律； （3）通过有限元分析表明，土钉长度、开挖深度、超挖等对基坑的变形影响较大。建议采用“上长下短”土钉布置方式；基坑附近有建筑物时，可以增大桩体宽度；超挖情况下，复合土钉支护由于搅拌桩的存在比简单土钉支护更能有效控制基坑变形。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

1绪论

1.1引言

1.2软土分布及常遇问题分析

1.2.1全国软土分布情况

1.2.2常遇基坑问题分析

1.3复合土钉支护应用的研究现状

1.3.1传统土钉支护研究现状

1.3.2复合土钉支护形式

1.3.3复合土钉支护优缺点

1.3.4复合土钉支护研究现状

1.4本文的主要内容

2软土物理力学特性及本构模型

2.1引言

2.2软土的物理力学特性

2.2.1杭州地区软土的分布

2.2.2软土的特性

2.3常用的软土本构模型

2.3.1邓肯-张模型

2.3.2 Tresca模型

2.3.3 Mises模型

2.3.4 Mohr-Coulomb模型

2.3.5 Drucker-Prager模型

2.3.6剑桥模型

2.3.7修正剑桥模型

2.4本章小结

3软土本构模型参数的室内试验与分析

3.1引言

3.2试验方法

3.3试验方案

3.4试验结果与分析

3.4.1固结排水剪和压缩回弹试验分析

3.4.2固结排水剪和压缩回弹试验结果

3.5本章小结

4复合土钉支护工程实例与变形分析

4.1引言

4.2工程概况

4.3施工方案及过程

4.3.1基坑支护方案

4.3.2施工过程

4.4工程实测及分析

4.4.1水平位移

4.4.2沉降

4.5关于基坑变形和沉降及影响因素讨论

4.5.1关于施工顺序的影响

4.5.2关于支护形式的影响

4.5.3基坑周围环境的影响

4.6本章小结

5复合土钉支护变形的数值分析

5.1引言

5.2计算模型的确定

5.3本构模型及其参数

5.4数值模拟计算步骤

5.4.1单元选择

5.4.2模拟步骤

5.5模拟结果及其分析

5.5.1不同本构模型比较及选择

5.5.2土钉长度的影响

5.5.3基坑开挖深度的影响

5.5.4超挖的影响

5.6本章小结

6结论与建议

6.1主要结论

6.2进一步研究的建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文