SMW工法的性能分析及支撑优化设计

论文摘要

SMW工法,是一种在相互搭接的水泥土桩墙中插入型钢而形成的复合结构。一种是力学特性复杂的水泥土,一种是近似线弹性材料的型钢,二者相互作用,工作机理相当复杂。论文对SMW挡墙性能进行深入研究,认为SMW挡墙的抗弯强度和刚度主要由型钢提供,水泥土对结构的强度和刚度的贡献很小,但水泥土限制了型钢的侧向位移,提高了型钢的整体稳定承载力。分析了SMW挡墙在弯矩作用下的变形特征,推导出SMW挡墙在各阶段内力和变形的关系式,并导出工程应力范围内SMW挡墙的刚度计算式和内插型钢整体稳定承载力计算公式。对于第一类挡墙推导出了非加筋区水平向承载力验算公式,得出非加筋区水平向承载力与型钢的截面高度和翼缘宽度有关,型钢截面高度和翼缘宽度影响了拱体宽度的大小,从而影响了承载力;同时翼缘宽度也代表了拱脚处的竖向受压面积,所以增大翼缘宽度对提高承载力是有利的,并结合工程实例进行了验算,初步认为该公式是可靠的。论文针对某SMW工法深基坑工程,运用ANSYS有限元分析软件,对深基坑开挖的全过程进行了三维有限元分析。模拟研究了SMW挡墙中水泥土搅拌桩直径、型钢布置形式、内支撑截面及施工顺序变化对基坑支护挡墙水平位移与内力、支撑轴力的影响。结果说明,对于复杂工程,考虑结构与土体的共同作用,进行施工全过程三维有限元分析和模拟是完全必要的。同时,考虑基坑工程的变形和内力参数,提出了基坑支护的优化设计方案和开挖方案。论文结论对实际工程具有指导意义,优化方案设计可以实现良好的技术经济效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基坑支护方式简介
• 1.2.1 被动支护
• 1.2.2 主动支护
• 1.3 SMW工法简介
• 1.3.1 SMW工法的产生及应用
• 1.3.2 SMW的分类
• 1.3.3 施工顺序
• 1.3.4 SMW挡土墙特点
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 水泥土性能的研究
• 1.4.2 组合结构工作性能研究
• 1.4.3 设计计算方法的研究
• 1.5 本文主要工作
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 弹塑性理论及材料本构模型简述
• 2.1 弹塑性力学及土的本构模型
• 2.1.1 弹性本构方程
• 2.1.2 土的弹性本构模型
• 2.1.3 弹塑性本构关系
• 2.1.4 土的弹塑性模型
• 2.1.5 流动规则与硬化定律
• 2.2 其他材料本构模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 SMW工法挡墙性能研究
• 3.1 型钢水泥土组合实验研究
• 3.2 SMW工法挡墙抗弯性能研究
• 3.2.1 结构模型的建立
• 3.2.2 截面应力与应变分析
• 3.2.3 组合结构抗弯刚度
• 3.2.4 水泥土刚度贡献分析
• 3.3 SMW工法挡墙受弯稳定性研究
• 3.3.1 整体稳定分析
• 3.3.2 型钢板件稳定分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 SMW工法挡墙设计计算理论方法研究
• 4.1 设计思路
• 4.2 水泥土强度设计
• 4.3 入土深度的确定
• 4.3.1 型钢入土深度D h 的确定
• 4.3.2 水泥土搅拌桩的入土深度Dc 的确定
• 4.4 SMW挡墙截面设计与计算
• 4.4.1 水泥土墙体厚度
• 4.4.2 水平方向水泥土强度的校核
• 4.4.3 组合截面刚度K e 计算
• 4.5 承载力验算
• 4.5.1 竖直方向受弯破坏模式及承载力
• 4.5.2 竖直方向受剪破坏模式及承载力
• 4.5.3 非加筋区水平向承载力公式
• 4.6 稳定验算
• 4.6.1 整体稳定验算
• 4.6.2 抗倾覆稳定验算
• 4.6.3 抗隆起稳定验算
• 4.7 拔出力计算
• 4.8 工程实例验算
• 4.8.1 工程概况
• 4.8.2 地质条件
• 4.8.3 围护结构设计计算
• 4.9 本章小结
• 第五章 有限元数值模拟与结果分析
• 5.1 有限单元法简述
• 5.2 计算模型及计算参数的选取
• 5.2.1 工程概况
• 5.2.2 有限元计算模型
• 5.2.3 计算区域及网格的划分
• 5.2.4 计算参数的选取
• 5.3 开挖模拟
• 5.4 计算结果分析
• 5.4.1 不同施工顺序下支护结构变形分析
• 5.4.2 SMW挡墙中水泥土搅拌桩桩径变化的影响
• 5.4.3 型钢布置形式对支护结构的影响
• 5.4.4 支撑截面变化的影响研究
• 5.4.5 与工程实际监测结果对比
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢