基坑桩锚支护体系现场试验与数值模拟研究

论文摘要

随着城市高层建筑、地铁工程、市政工程以及地下空间开发规模日益增大,基坑工程近10年来急剧增加,桩锚支护结构也以其工程适应性强等优势已被作为一种重要的支护结构体系广泛应用。本文全面阐述了深基坑桩锚支护的设计理论、工作性能和机理。以广州某深基坑工程为研究背景,对其支护结构的变形展开监测分析,在统计研究监测数据的基础上,得出了基坑开挖及开挖完成后支护结构顶部水平位移、项部沉降、深层水平位移(测斜)随时间变化的曲线,并探寻其变形机理和发展趋势,同时提出了控制变形的几点建议。本文建立了桩锚支护体系三维数值模型,采用FLAC3D数值法对是否进行锚索支护的工况进行了模拟,比较了两者的位移值,结果表明:桩锚支护在位移控制中发挥了重要作用。此外,还模拟了基坑支护结构锚索和桩的受力状态,并将计算位移结果与现场实测结果进行了对比,两者从形态和数值上均吻合良好。鉴于桩锚支护结构体系破坏的渐进性和深基坑工程施工的动态性,作者利用神经网络理论建立桩锚支护的深基坑变形BP网络及RBF网络预测模型,并对两者进行了比较。可以在信息不完善的情况下,根据施工过程中已有少量基坑变形监测资料,预测后续施工过程中深基坑变形的变化和发展趋势,能及时预报可能出现的险情,其精度通过实例得到了较好的验证。FLAC3D程序可以模拟各种土体材料的特性,并可以考虑支护桩、锚索等支护结构与土体的相互作用。通过工程实例证明,在基坑支护设计过程中,采用FLAC3D数值法进行分析和计算,辅以人工智能预测能够解决目前规范中无法解决得一些难题,计算结果有利于基坑支护设计的优化和指导施工。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 深基坑支护综述
• 1.2 桩锚支护体系的发展与应用
• 1.2.1 桩锚支护工程的构成体系
• 1.2.2 桩锚支护体系的特点和适应范围
• 1.2.3 桩锚支护结构设计理论等方面的发展
• 1.3 本课题的研究现状综述
• 1.3.1 桩锚支护结构体系现场试验研究
• 1.3.2 基坑支护结构数值模拟研究现状
• 1.3.3 基坑支护体系预测研究概况
• 1.4 本文研究思路和技术路线
• 1.4.1 本文的研究思路
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 第二章 深基坑工程现场测试
• 2.1 工程概况
• 2.1.1 工程简介
• 2.1.2 工程地质及水文地质概况
• 2.2 基坑支护体系设计方案
• 2.2.1 方案选择
• 2.2.2 基坑支护施工顺序
• 2.3 深基坑工程施工监测
• 2.3.1 监测方案设计原则
• 2.3.2 变形监测内容
• 2.3.3 变形监测项目及其工作原理
• 2.3.4 锚索应力监测
• 2.4 本章小结
• 第三章 现场试验成果分析
• 3.1 基坑的变形机理及时空效应
• 3.1.1 基坑的变形机理
• 3.1.2 基坑变形中的时空效应
• 3.1.3 桩锚支护体系的工作机理及破坏方式
• 3.2 位移控制措施
• 3.3 监测数据结果分析
• 3.3.1 基坑支护结构顶部沉降监测
• 3.3.2 基坑支护结构顶部水平位移监测
• 3.3.3 基坑支护结构深层水平位移（测斜）监测
• 3.4 基坑开挖结论及建议
• 第四章 基坑支护设计数值方法研究
• 4.1 FLAC3D软件特点和基本原理
• 4.1.1 FLAC3D软件特点
• 4.1.2 FLAC3D基本原理
• 4.2 FLAC3D建模的基本过程
• 4.2.1 FLAC3D中的基本本构模型
• 4.2.2 本文选用的结构单元
• 4.2.3 土体的本构模型
• 4.3 桩锚支护结构设计数值计算
• 4.3.1 设计主要参数和模型假定
• 4.3.2 计算模型的建立
• 4.3.3 建模过程
• 4.3.4 计算结果分析
• 4.4 小结
• 第五章 深基坑变形预测
• 5.1 人工神经网络简介
• 5.1.1 BP神经网络简介
• 5.1.2 RBF网络简介
• 5.2 BP神经网络构建
• 5.2.1 网络结构模型设计
• 5.2.2 数据的预处理
• 5.2.3 网络的训练
• 5.2.4 网络的预测
• 5.3 BP神经网络实例分析
• 5.4 RBF网络实例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果