基于FLAC3D地铁车站基坑开挖的变形规律研究

摘要

合肥轨道交通2号线潜山路车站深基坑开挖采用明挖法施工，该开挖方案所产生的变形是施工技术控制的重点，选择合理的支护体系是保证基坑顺利施工的关键。因此，准确掌握地铁车站基坑开挖变形机理，对于基坑围护结构的设计和安全施工具有重要的指导意义。
　　本文对线潜山路车站深基坑工程监测方案主要内容进行了阐述，并对基坑开挖引起围护结构侧移、坑外周围地表沉降和坑底隆起回弹的监测结果进行了分析;运用FLAC3D有限差分软件对潜山路车站深基坑工程施工全过程开挖进行数值模拟研究，通过不同工况下计算结果与实测数据进行对比分析;借助FLAC3D软件对影响基坑变形的固有因素和设计因素进行了数值模拟研究，主要成果如下:
　　(1)监测结果分析表明:随着基坑开挖深度的增加，围护结构水平位移逐渐增大，且最大水平位移逐渐下移，呈两端小，中间大的“抛物线”形分布;坑外周围地表沉降近似呈“凹槽形”分布;坑底隆起呈中间凸起，两侧下移的“反扣锅底形”分布。
　　(2)虽然数值模拟计算结果与实测结果在数值上存在一些偏差，但总体变化规律基本相同，可初步验证本模型模拟开挖具有可行性。
　　(3)通过FLAC3D有限差分软件探讨了影响基坑开挖变形的固有因素和设计因素，固有因素中土体弹性模量、土体粘聚力及土体内摩擦角等因素的变化都会使墙体侧向变形曲线和坑外地表沉降变形曲线发生不同程度的改变;设计因素中增加围护结构入土深度的、围护桩桩径及钢支撑刚度，在一定范围内都能明显控制围护结构的侧向变形及坑外地表沉降变形，但基坑稳定达到一定程度后，过度的增加并不能使其变形过快的减少，反而会造成资源的浪费。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 地铁车站基坑工程的特点

1．3 地铁车站基坑灌注桩围护结构形式

1．3．1 分离式排桩围护结构

1．3．2 双排式排桩围护结构

1．3．3 咬合式排桩围护结构

1．4 国内外研究现状

1．4．1 基坑围护结构变形研究现状

1．4．2 坑外地表变形研究现状

1．4．3 基坑开挖隆起变形研究现状

1．4．4 数值模拟在基坑中的运用

1．5 研究的内容及方法

第二章 潜山路车站深基坑现场监测

2．1 工程概况

2．3 深基坑监测方案

2．3．1 监测目的

2．3．2 监测原则

2．3．3 监测项目

2．3．4 监测点的布置

2．3．5 监测频率及报警值

2．4 围护结构监测数据分析

2．4．1 围护结构水平位移变化规律

2．4．2 基坑周围地表沉降变化规律

2．4．3 基坑底隆起变化规律

2．5 本章小结

第三章 车站深基坑开挖施工全过程FLAC3D数值模拟

3．1 FLAC3D有限差分软件的简介

3．1．1 FLAC3D程序功能介绍

3．1．2 FLAC3D的优缺点

3．1．3 有限差分的求解方法

3．2 土体本构模型和材料单元

3．2．1 本构模型

3．2．2 边界条件

3．2．3 初始地应力场

3．2．4 围护结构灌注桩模拟

3．2．5 钢筋混凝土支撑和钢支撑模拟

3．2．6 接触面单元模拟

3．3 数值模型建立及相关计算参数

3．3．1 计算假定

3．3．2 计算模型参数

3．4 计算工况及施工工序

3．4．1 计算工况

3．4．2 施工工序

3．5 计算结果与实测数据对比分析

3．5．1 围护结构水平位移分析

3．5．2 坑外周围地表沉降分析

3．5．3 围护结构水平位移与坑外地表沉降相关性分析

3．5．4 坑底隆起变形分析

3．6 本章小结

第四章 基坑开挖变形的参数效应分析

4．1 影响地铁车站基坑变形的相关因素及基坑变形控制措施

4．1．1 影响地铁车站基坑变形的相关因素

4．1．2 基坑变形的控制措施

4．2 影响基坑开挖变形固有因素分析

4．2．1 土体弹性模量影响的数值模拟

4．2．2 土层粘聚力影响的数值模拟

4．2．3 土体内摩擦角影响的数值模拟

4．3 影响基坑开挖变形设计因素分析

4．3．1 地下连续墙入土深度影响的数值模拟

4．3．2 围护桩不同桩径影响的数值模拟

4．3．3 钢支撑刚度影响的数值模拟

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况