【摘 要】
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“流变”一词来源于古希腊哲学家Heractitus所说的“παγταρ?γ”,意思是万物皆流。土体的流变性能能直接影响到支挡结构的长期受力和变形性能。本文通过对前人研究进行总结,并在研究考虑土体流变性能的单排支挡结构力学性能的基础上,建立了考虑土体流变性能的三排桩支挡结构二维有限元模型,结合支挡结构的受力特性,对三排桩支挡结构的内力与变形进行了全面的分析计算,并通过正交试验研究了土体流变材料参数、
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“流变”一词来源于古希腊哲学家Heractitus所说的“παγταρ?γ”,意思是万物皆流。土体的流变性能能直接影响到支挡结构的长期受力和变形性能。本文通过对前人研究进行总结,并在研究考虑土体流变性能的单排支挡结构力学性能的基础上,建立了考虑土体流变性能的三排桩支挡结构二维有限元模型,结合支挡结构的受力特性,对三排桩支挡结构的内力与变形进行了全面的分析计算,并通过正交试验研究了土体流变材料参数、支挡结构设计参数对支挡结构的力学性能影响。最后基于ANSYS二次开发接口UPFs,通过编写和修改相应的用户子程序,并将编译后蠕变本构模型应用于工程实际。主要研究工作与结论如下:(1)建立了考虑土体流变性能单排支挡结构的二维有限元模型,标定了该模型的流变力学参数。通过数值仿真发现考虑土体流变性能后,支挡结构桩顶水平位移随时间变化曲线可分为三个阶段,即:剧增阶段、稳定发展阶段和稳定阶段。(2)建立了考虑土体流变性能的三排桩支挡结构的二维有限元模型,计算结果表明土体的流变性能对支挡结构内力与变形的显著影响,主要表现在:a.是否考虑土体流变性能对各排桩桩身水平位移与弯矩变化趋势无影响;b.相对不考虑流变性能的支挡结构,在给定流变参数的条件下,考虑流变性能后桩身最大水平位移增大26.6%,最大正弯矩增大28.98%。(3)采用正交试验分析了土体材料流变参数以及支挡结构设计参数对三排微型钢管桩力学性能的影响规律,结果表明:a.蠕变参数E1为影响各排桩最大水平位移的显著因素,排距为影响各排桩最大正弯矩的显著因素,蠕变参数η1为影响各排桩稳定时间的显著因素;b.三排微型钢管桩的最优设计方案为蠕变参数E1、蠕变参数η1、桩径、排距、桩间土刚度分别为70.541MPa、0.436d·MPa、299mm、2m、K。(4)通过编写和修改usercreep用户子程序,开发了S-9和5元件扩展的Kelvin蠕变本构模型,并验证了编译后子程序的正确性。将所开发的子程序应用于上海某地下车库水泥搅拌桩加坡支护工程中,分析了支挡结构水平位移随时间的变化规律,研究了基坑支挡结构各参数对支挡结构水平位移的影响,并从减少支挡结构的变形、降低工程造价和取得更加优良的经济效益方面出发,获得了水泥加固土搅拌桩支挡结构的最优方案。
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