深基坑工程地下连续墙支护结构变形预测研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:kobe20060121
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目前,基坑工程朝着超深度和大规模的方向发展,周边环境日益复杂,对支护结构和周边环境的变形控制要求也随之更为严格,按变形控制设计替代传统按强度控制设计,已经成为深基坑工程支护结构设计的主流。在支护结构设计过程中进行变形分析已经成为深基坑工程研究中的热点问题,同时也是难点问题。 本论文在系统研究了大量国内外相关文献并作出总结的基础上,较好地把握住了当前深基坑工程支护结构变形的计算与预测问题。论文首先以宁波嘉和中心深基坑工程为例,详细地讨论了其支护结构设计方案,对当地通常采用的钢筋混凝土钻孔灌注桩支护型式与较少采用的地下连续墙支护型式、以及顺作法和逆作法进行了深入的对比分析;同时,对施工过程中的监测资料进行了统计和分析,得出了深基坑工程支护结构的变形特点;然后选取典型区域(G区),采用常规方法对其支护结构进行变形计算,并与预警值和监测资料对比分析;最后采用有限元数值模拟计算,对其支护结构变形进行预测,其中包括对土体参数优化反分析。 对深基坑工程进行有限元计算时,其计算参数的确定极大地影响着计算结果的准确性。论文采用的基于APDL的ANSYS有限元优化技术较为方便地对深基坑工程提供参数的反分析优化方法。 本论文对工程实例进行设计时,采用理正深基坑支护设计软件,按弹性支点法中的m法进行计算分析。 在此基础上,采用二维ANSYS有限元法对该工程实例进行了变形计算分析。 实践证明,本论文所提出的针对深基坑工程地下连续墙的支护结构设计和变形预测方法在理论上是正确的,二者结合使用可以很好地指导深基坑工程支护结构的设计和土体开挖的信息化施工。 本论文形成的结论主要包括如下四个方面的内容。 1,通过对监测资料进行整理和分析得到的主要结论有: (1)随土体开挖施工的进行,地下连续墙墙体的最大变形位置相对于开挖深度逐渐下移,但与开挖面的相对关系却是逐渐上移。 (2)在浅层土体开挖过程中,地下连续墙墙身水平位移较小,且沿深度方向基本呈线性规律;随着开挖深度的增加,相应开挖处墙身水平位移累计增大,墙顶水平位移速率明显减小,甚至不变;开挖到坑底后,墙身水平位移速率减小,基本趋于稳定。 (3)地下连续墙墙身的水平变形与土体开挖后地下连续墙面暴露时间的长短有关。 2,采用理正软件对嘉和中心深基坑工程G区进行支护结构计算并与监测资料对比分析得到的主要结论有: (1)地下连续墙墙顶累计水平位移计算结果:工况1条件下为12mm;工况2条件下为11mm;工况3条件下为9mm,工况4条件下为8mm;工况5条件下为7mm。计算值能与相应的监测值吻合。 (2)地下连续墙墙身最大水平位移计算结果:工况1条件下为12mm;工况2条件下为34mm;工况3条件下为54mm;工况4条件下为64mm;工况5条件下为66mm。计算值基本上能与相应的监测值较好地吻合,并且计算值稍微偏大。 (3)由于时间因素对基坑工程的影响,工况5变形值已经超过了预警值。从工程最后安全竣工的情况来看,目前基坑工程中采用的预警值尚有一定的安全富余。 (4)目前基坑工程中采用的变形预警系统中,大多数都是选择一个固定的数值进行对比。本论文建议在基坑工程实践中,对各个工况的变形预警值采用线性插值,制定变化的预警值。 3,采用有限元对嘉和中心深基坑工程G区最后开挖步骤(工况5)进行变形预测并与监测资料对比分析得到的主要结论有: (1)通过参数反分析,得到ANSYS有限元优化设计结果中最优序列的各土层弹性模量值分别为:E1=0.96MPa、E2=1.13MPa、E3=1.86MPa、E4=1.66MPa、E5=2.03MPa、E6=9.33MPa、E7=9.46MPa。 (2)将反分析得到的各参数代入有限元计算,得到工况5的地下连续墙墙身最大水平位移为54mm,墙顶水平位移为6mm。以此作为该工况支护结构变形的预测值,对比相应的警戒值分别为65mm和35mm,可预测该深基坑工程工况5土体开挖工程施工安全稳定的结论。 (3)将预测值与监测值比较可以得出,此次变形预测值与监测值相差不大,在工程允许范围内可作为依靠。证明其预测是成功的。 4,通过两种计算方法得到的结果及其与监测数据的对比分析可以得出如下结论:在本论文所选取的工程实例—嘉和中心描述的工程地质条件下,采用地下连续墙作为深基坑工程的支护结构型式,对支护结构变形进行计算时,选用常规的理正软件与ANSYS有限元软件都能得到与实测值误差不大的结果值。从计算的精度来看,理正软件比ANSYS有限元软件更接近实测情况。但此结论仅由本工程实例得出,至于在其它类似基坑工程中是否同样适应将有待于进一步的研究。
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