深基坑支护设计及稳定性数值模拟分析 ——以贵阳市某深基坑工程为例

论文摘要

基坑工程是集岩土工程和结构工程等多学科于一体的系统工程,综合性强,影响因素多。在基坑开挖过程中,除了要保证基坑自身的稳定性,使坑内外的各种工程顺利施工外,还要保证相邻建筑物和地下管线等设施的安全,因此研究深基坑开挖后的变形及土体与支护结构稳定性成了至关重要的问题。目前深基坑支护设计的理论还不完善,实际工程中有时为了安全性,不得不加大投资,造成不必要的浪费:另一方面有时为了片面追求经济性,降低了基坑的稳定性和变形方面的控制要求,而造成工程事故及经济损失。针对上述问题,本文通过理正深基坑软件的设计计算和数值模拟分析研究综合应用,分析传统设计计算中的不足,通过数值模拟分析研究,为设计提出参考并作验证分析。本文以贵阳影视城及商办综合楼深基坑工程为例,努力探索国外著名岩土软件FLAC3D和国内理正深基坑设计软件二者优点的结合在基坑支护中的应用。首先采用FLAC软件对基坑开挖未支护状态进行模拟,从而找出基坑开挖过程受力薄弱部位,针对薄弱部位,选用土钉墙支护方式,对其进行理正支护设计;再用FLAC软件对该基坑分步开挖与支护的全过程进行模拟,利用模拟结果分析了基坑边坡土体位移分布、应力分布的变化规律,并对支护结构的内力进行了分析;最后采用强度折减法对基坑开挖和支护的稳定性进行了评价。通过FLAC模拟分析,得出该支护设计在基坑开挖施工过程均满足要求,既验证了理正支护设计的合理有效,并可为工程设计与施工提供参考。说明了二者结合应用在深基坑支护中具有较强的实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 基坑工程概述
• 1.2.1 何为"深基坑"
• 1.2.2 基坑工程研究现状
• 1.2.3 基坑工程的特点
• 1.2.4 贵阳基坑岩土构成的特点
• 1.2.5 深基坑工程中目前存在的问题
• 1.3 基坑数值模拟中的问题
• 1.4 本文研究的主要内容及研究方法
• 1.4.1 本文研究的主要内容
• 1.4.2 研究方案及采取的技术路线
• 1.5 小结
• 第二章 数值分析方法及软件介绍
• 2.1 数值分析及其工具的选择
• 3D软件介绍'>2.2 FLAC^3D软件介绍
• 2.2.1 FLAC简介
• 2.2.2 FLAC程序基本特点
• 2.2.3 FLAC程序的基本原理
• 2.2.3.1 空间导数的有限差分近似
• 2.2.3.2 运动方程
• 2.2.3.3 应变应力及节点不平衡力
• 2.2.3.4 阻尼力
• 2.2.3.5 计算循环
• 3D的结构单元'>2.2.4 FLAC^3D的结构单元
• 2.2.5 FLAC程序求解问题的一般过程
• 2.3 土的本构模型的选择
• 2.3.1 本构模型研究的进展
• 2.3.2 FLAC法中土的本构模型
• 2.4 基坑分步开挖模拟
• 2.4.1 基坑分步开挖模拟原理
• 3D中分步开挖的实现'>2.4.2 FLAC^3D中分步开挖的实现
• 2.5 小结
• 第三章 基坑开挖支护设计
• 3.1 工程实例介绍
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 工程地质、水文地质条件
• 3.1.3 岩土参数选取
• 3.2 基坑未支护开挖数值模拟分析
• 3.2.1 计算模型及简图
• 3.2.2 未支护基坑水平位移特征
• 3.2.3 未支护基坑沉降特征
• 3.2.4 未支护基坑受力薄弱区
• 3.2.5 潜在滑动面
• 3.3 基坑支护结构类型的选取
• 3.3.1 基坑支护结构选型的基本原则
• 3.3.2 基坑支护结构类型
• 3.3.3 土钉支护的发展
• 3.3.4 土钉支护的作用机理
• 3.3.5 本基坑工程所采取的支护方法
• 3.4 土钉支护设计计算
• 3.4.1 土钉设计的原理介绍
• 3.4.2 理正基坑设计软件简介
• 3.4.3 基于未支护基坑受力薄弱区对其重点设计
• 3.4.4 支护稳定性分析
• 3.5 小结
• 第四章 数值模拟分析
• 4.1 计算模型及参数取值
• 4.1.1 计算区域的确定
• 4.1.2 计算模型及简图
• 4.1.3 计算模型参数取值
• 4.2 模拟方案
• 4.2.1 模拟工况的选取
• 4.2.2 土体模拟
• 4.2.3 支护结构的模拟
• 4.3 数值模拟结果及分析
• 4.3.1 开挖前地层初始应力状态模拟
• 4.3.2 分步开挖水平位移特征
• 4.3.3 分步开挖基坑沉降特征
• 4.3.4 土体应力分析
• 4.3.5 分步开挖支护结构内力特征
• 4.3.6 支护结构稳定性分析
• 4.4 数值模拟分析与理正支护设计的对比
• 4.5 小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:攻读硕士学位期间发表文章