黄土逆作箱涵的受力性能分析与优化设计

摘要

逆作法以其诸多优点已在地下工程、市政工程中得到广泛应用,对逆作法基坑开挖技术的研究将有力推动基坑工程的发展和进步.本文以逆作工况下公路立交箱涵的实际受力特点和设计计算方法为研究重点,采用有限元数值分析方法对逆作法施工开挖过程进行了模拟,在此基础上对箱涵侧墙板桩部分的入土深度和截面厚度这两个重要设计参数进行了计算分析,使之得到了优化和调整；同时为其它类似的箱涵逆作法工程提出了具体的设计参数确定方法,并对其进行优化分析.主要研究成果: (1)基于对有限元模型计算结果的分析得到了逆作法施工过程中箱涵围护结构的内力、变形和箱涵坑底、坑周的地面变形规律；围护结构的水平位移最大值较软土地区小,其与黄土的自稳性较好有关； (2)基于对箱涵侧墙板桩部分的入土深度和截面厚度两个设计参数的优化,研究了围护结构不同截面厚度和入土深度对墙体位移和坑底隆起变形的影响规律: (3)针对箱涵逆作法刚性围护结构的特点提出了基坑抗隆起验算方法和对墙体侧向位移产生影响的综合因素系数<'β>； (4)针对箱涵逆作法的特点提出了设计参数的具体确定和优化方法,为其它类似的箱涵逆作法工程提供了设计思路,并实现其最优化设计.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文使用授权声明

1.绪论

1.1论文选题背景和研究意义

1.2课题的由来

1.2.1工程概况

1.2.2工程地质条件

1.2.2施工方案的选取

1.3逆作法的发展概况与趋势

1.3.1逆作法在国内外的发展

1.3.2逆作法的发展趋势

1.4逆作法概述

1.4.1逆作法的特点

1.4.2逆作法的分类

1.5目前逆作法施工存在的问题

1.6逆作法基坑开挖理论的研究现状

1.6.1逆作条件下围护结构内力与变形计算

1.6.2逆作条件下基坑变形计算

1.6.3逆作条件下围护结构竖向受力和沉降计算

1.6.4逆作条件下坑底抗隆起稳定性的验算

1.7本文研究思路和所作工作

2基坑变形计算的基本理论研究

2.1基坑变形的基本特征

2.1.1支护结构和地表土体的变形

2.1.2基坑底部土体的隆起变形

2.2基坑变形机理研究

2.3基坑变形的计算

2.3.1支护结构变形的计算

2.3.2周围地表的沉降计算

2.3.3基坑底土体的隆起变形计算

2.4支护结构上水土压力的确定

2.4.1静止土压力理论

2.4.2朗肯土压力理论

2.4.3地下水对土压力的影响

2.4.4分层土压力的计算

2.5作用在支护结构上的超载

2.6本章小结

3逆作法基坑开挖有限元数值分析理论

3.1概述

3.2.1应力和位移的计算

3.2.2开挖荷载的计算

3.3土体本构的选择

3.3.1非线性弹性模型

3.3.2弹塑性模型

3.4土体与围护结构的相互作用

4箱涵逆作法施工的数值计算

4.1 ANSYS软件

4.1.1有限元分析软件ANSYS简介

4.1.2 ANSYS在岩土和地下工程中的应用

4.1.3 ANSYS中单元“生死”功能

4.2有限元模型的建立

4.2.1计算范围及物理模型

4.2.2工况的划分

4.3计算结果分析

4.3.1箱涵板桩水平位移随施工步序的发展情况

4.3.2箱涵侧墙应力随施工步序的发展情况

4.3.3箱涵周围土反力随施工步序的变化规律

4.4坑底隆起量

4.5基坑周围地表变形

4.6本章结论

5逆作法箱涵的优化设计

5.1箱涵侧墙不同入土深度、厚度下各模型的比较

5.1.1箱涵侧墙设计中的控制条件

5.1.2侧墙厚度对墙体位移和坑底隆起的影响

5.1.3入土深度对墙体位移和坑底隆起的影响

5.2坑底抗隆起稳定验算

5.2.1现行围护结构设计中抗隆起稳定验算方法

5.2.2逆作法施工工程实例的统计

5.2.3刚性围护结构的抗隆起验算方法

5.2.4两种验算方法的比较

5.3墙体位移的控制

5.3.1影响墙体位移的其它因素

5.3.2墙体侧向位移综合影响因素系数β的确定

5.3.3合适的墙体厚度范围

5.4本章小结

6结论与展望

6.1本论文的主要研究结论

6.2后续工作的展望

致谢

参考文献

附录

参加课题、发表论文及参加会议