软土深基坑变形分析及有限元模拟研究

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深基坑支护当前存在的问题主要有支护结构设计计算与实际不相符以及深基坑开挖时空间效应考虑不周全等等。传统的深基坑支护结构设计仍基于极限平衡理论,该理论采用的是一种静态设计,而实际上开挖的土体是一种动态平衡的状态。此外,传统的设计是按平面应变问题处理的,对一些细长条基坑来说,这种平面应变假设比较符合实际,而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。 在查阅、整理国内外相关文献的基础上,本文以南京汇达广场深基坑为背景,应用现场实测、理论分析和数值模拟的综合方法,对软土深基坑的变形情况进行了较系统的研究,主要研究内容如下: 首先,本文针对土体自身特性及深基坑开挖工程的特点,总结分析了土压力随位移和时间的变化规律,初步讨论了考虑位移因素和时间因素的土压力计算公式。考虑基坑工程位移因素和时间因素的耦合作用,运用耦合理论,提出了一种基于时空效应的土压力计算方法。同时以汇达广场为算例,验证了该方法的正确性。 其次,根据现行部分标准,针对关于粉土水土分算、合算规范上存在的矛盾问题,以《建筑基坑支护技术规程》为基础,探讨了粉土水土分算、合算的问题,给出了水土分算及合算的适用条件。 第三,根据汇达广场基坑工程的工程勘测报告,得出了该基坑的物理模型,即确定土体物理、力学参数。通过现场实测资料,分析该基坑开挖过程中对周围环境以及基坑自身变形性状的影响。同时,应用ANSYS软件,选取1/4模型,建立了该基坑有限元分析模型。进行了深基坑支护结构的三维全过程数值模拟,详细分析了整个基坑在施工全过程中的受力及变形性状。并将计算结果与现场实测资料进行对比分析,计算结果与观测曲线变化趋势基本相符。 最后,以南京汇达广场基坑为原形,采用平面有限元分析方法,通过改变支护结构参数,研究了支撑截面、土体刚度以及支护桩刚度对基坑变形的影响,得出了相应结论。此外,给出了控制软土深基坑变形的措施。 研究结果表明:支撑截面、土体刚度以及支护刚度对支护桩的侧向位移影响很大。随着支撑截面的增大,支护桩的侧向位移明显减小,桩的最大位移不是在桩顶处,而是在第一道撑和第二道撑之间,这是由于施加支撑使得支护桩内力不断调整的结果;随着土体刚度的增大,支护桩侧向位移亦明显减小,桩体的最大位移量,基坑沉降量及坑底最大隆起量均有不同程度的减小;随支护桩刚度的增大,侧向位移明显减小,但桩的最大侧向位移减小不明显,对基坑最大沉降量的影响也不明显,对坑底最大隆起量几乎没影响。研究成果将为基坑支护设计提供理论依据,具有理论和实践煮义。
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