基坑排桩支护结构计算模型及方法研究

摘要

随着城市的不断发展，基坑工程大型化和复杂化，对基坑支护结构的设计计算有了更高的标准以及更严的要求。弹性支点法是目前基坑排桩和地下连续墙支护结构设计时应用最为广泛的方法，但该法存在以下问题：(1)桩(墙)后土体对支护结构的作用采用主动土压力。但实际工程中，为保证基坑和周围环境的安全，基坑的水平位移需控制在一定的容许值内，因而无法达到产生主动土压力所需的水平位移。(2)水平反力系数的比例系数“m”是弹性支点法中的关键材料参数，对排桩受力变形的计算结果有重要影响，但该参数无法通过简单的试验获得，常需靠经验选取。　　为解决上述问题，本文开展了以下研究工作：　　(1)改进了弹性支点法的计算模型，采用土弹簧模拟支护结构与基坑内、外两侧土体之间的相互作用，以更好地反映支护结构水平位移对土压力大小的影响。改进后的计算模型能更好地反映当前以变形控制为主的基坑的受力变形特点。　　(2)研究了带状水平均布荷载作用下的Melan位移解与Boussinesq位移解的关系，依此对Melan位移解进行简化。在此基础上，建立了水平反力系数与土体位移及变形模量(压缩模量)之间的关系式，从而达到由简单方法确定可靠“m”值的目的。　　(3)结合上述改进后的计算模型和方法，基于弹性地基杆系有限元法建立了相应的计算公式，并应用Matlab编制了基坑排桩支护结构受力变形的计算程序。最后，将该方法应用到某深基坑工程实例的计算中，并与有限元计算结果及现场实测结果进行对比，验证了本文计算模型及方法的正确性与合理性。

目录

声明

第 1 章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 土抗力法研究现状

1.2.2 弹性半无限体理论在基坑中的应用

1.3 本文主要研究内容和技术路线

第 2 章弹性支点法的基本原理及其应用

2.1 弹性支点法

2.1.1 计算模型及基本原理

2.1.2 计算方程

2.2 土压力的计算

2.2.1 Rankine 土压力理论

2.2.2 考虑位移影响的土压力计算方法

2.3 水平反力系数与“m”值

2.3.1 水平反力系数

2.3.2 “m”值的确定方法

2.3.3 弹性理论法求解水平反力系数

2.4 本章小结

第 3 章基于Melan 解的水平反力系数计算方法

3.1 弹性半无限体的解

3.1.1 带状水平均布荷载作用下的 Melan 位移解

3.1.2 带状水平均布荷载作用下的 Boussinesq 位移解

3.2 Melan解与 Boussinesq 解对比分析

3.2.1 分析对比结果

3.2.2 Melan 解的简化

3.3 由土体的变形模量确定其水平反力系数

3.3.1 基本原理

3.3.2 土体水平反力系数的计算公式

3.4 本章小结

第 4 章基坑排桩支护结构计算方法

4.1 桩后土与排桩相互作用的计算模型

4.2 排桩结构计算模型及基本原理

4.2.1 计算模型

4.2.2 开挖释放荷载的确定

4.2.3 土抗力及土压力的修正

4.3 杆系有限单元法求解排桩的受力变形

4.3.1 结构离散化

4.3.2 单元刚度矩阵和等效节点荷载

4.4 计算过程及程序编制

1、单元刚度矩阵与等效节点荷载

2、集成总刚度矩阵与总荷载矩阵

3、建立整体平衡方程

4、单元内力及变形

5、土抗力及开挖后土压力

6、土压力修正

4.5 算例

4.5.1 工程概况

4.5.2 材料参数

4.5.3 计算工况

4.5.4 计算结果对比分析

4.6 本章小结

结论与展望

一、主要结论

二、问题及不足

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研成果