深基坑连续墙支护结构位移变形分析

论文摘要

随着经济的发展,对交通尤其是经济实用的水运交通要求越来越高,对船闸工程的改扩建,产生了大量深基坑工程,其规模和深度不断增加。这种深基坑工程,如果应用现有基坑工程的设计理论（强度控制设计）和常规施工技术已经难以满足保护基坑周围环境的要求。虽然近年来许多学者和工程技术人员已经在基坑工程设计的变形控制方面作了很多研究,但在寻找基坑开挖过程中有关基坑支护结构变形、周围地层位移和近临建筑物变形三者之间关系的规律方面仍然存在很多要解决的问题。本课题基于扬州施桥三线船闸基坑工程,将基坑、支护结构及基坑周围土体放在一个系统中进行研究。运用大型有限元软件ABAQUS,结合施桥三线船闸基坑工程,对深基坑工程开挖的全过程进行了数值模拟分析。模拟分析了由于基坑开挖,土体卸荷引起的基坑底部土体的隆起、基坑支护结构外侧土体的沉降、支护结构的变形及应力变化,对深基坑工程开挖过程中支护结构水平位移、应力变化、基底土体隆起及墙后地表沉降进行了分析总结,得到了一些对深基坑设计和施工有实际意义的结论。本文的主要研究成果如下：1、支护结构（地下连续墙）的变形呈现明显的规律性,整个开挖过程中,墙体顶部首先向基坑内侧移动,随着基坑的开挖,墙身底部位移越来越大,墙身中部呈明显的向基坑内侧的凹形。整个墙身的变形可以为基坑边坡变形、稳定的预估提供参考。2、在基坑一、二级垂直开挖时,墙身最大水平位移发生在墙体顶部,且位移增长较快,三、四级放坡开挖时墙体底部水平位移有了较大的发展,顶部位移变化不大。基坑开挖结束后,最大水平位移发生在墙底,水平位移最小值发生在二级开挖面下1-2m的范围。3、随着基坑开挖的加深,地连墙的应力也慢慢增加,并且在基坑三级开挖后应力达到最大。基坑三四级开挖均采用放坡开挖,并且开挖面距离地连墙较远（三级开挖面距墙体12m,四级开挖面距墙体30m）,这样基坑开挖后墙体被动土压力改变相对较小,地连墙应力变化不大。4、地下连续墙墙底处的土体以及发生最大水平位移处的土体较其它地方的土体更早的进入塑性区,由于坑内土体回弹引起坑外土体向坑内移动,因而在墙体底部土体应力集中。5、基坑开挖,土体卸荷造成坑内土体隆起,其隆起量在基坑中部较大,在支护结构附近的土体隆起很小。坑外土体的沉降发生在距离基坑一定范围内,最大沉降发生在地连墙墙后。6、对比不同墙厚在相同土质、相同开挖深度时,基坑开挖引起的基坑变形、地连墙位移、应力等,得到了墙厚对基坑变形的影响规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 深基坑工程的研究意义
• 1.2 基坑工程的特点
• 1.2.1 基坑工程的主要内容
• 1.2.2 基坑工程的主要支护形式
• 1.3 深基坑支护形式的主要发展方向
• 1.4 基坑支护工程分级
• 1.5 本文研究的内容及思路
• 2 基坑工程计算方法
• 2.1 深基坑工程的变形与稳定
• 2.1.1 基坑变形的特点
• 2.1.2 基坑变形的原因
• 2.1.3 减小基坑变形的措施
• 2.2 深基坑支护开挖的计算
• 2.2.1 研究历史
• 2.2.2 计算方法分类
• 2.3 深基坑支护计算研究现状
• 2.3.1 支护结构与土体相互作用问题
• 2.3.2 基坑变形计算问题
• 2.4 土体本构模型及计算参数
• 3 深基坑支护开挖有限元计算理论
• 3.1 有限元基础
• 3.2 ABAQUS模块组成
• 3.2.1 Part（部件）、Property（性质）模块
• 3.2.2 Interaction（相互作用）模块
• 3.2.3 Load（载荷）、Mesh（网格）、Job（任务）模块
• 3.3 二维平面有限元计算模型
• 3.3.1 二维平面计算可行性
• 3.3.2 二维平面计算基本模
• 3.4 挖方问题模拟
• 3.4.1 接触面理论与应用
• 3.4.2 生死单元理论与应用
• 3.4.3 开挖计算的主要问题
• 3.4.4 开挖计算的有限元模拟过程
• 3.5 小结
• 4 工程实例概况
• 4.1 工程实例
• 4.2 周边环境
• 4.3 工程地质概况
• 4.4 支护结构方案
• 4.4.1 地连墙支护体系施工
• 4.4.2 基坑监测方案
• 4.5 小结
• 5 深基坑开挖的有限元模拟分析
• 5.1 引言
• 5.2 模型分析
• 5.2.1 单元划分
• 5.2.2 参数选取
• 5.2.3 开挖过程模拟
• 5.3 模拟计算结果与分析
• 5.3.1 初始地应力平衡
• 5.3.2 地连墙水平位移
• 5.3.3 地连墙应力分析
• 5.3.4 基坑土体隆起
• 5.3.5 墙后地表沉降
• 5.4 误差分析
• 5.5 影响性分析
• 5.5.1 土层性质对基坑变形的影响
• 5.5.2 地连墙厚度对基坑变形的影响
• 5.5.3 开挖形式对地连墙水平位移的影响
• 5.6 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文