弧形深基坑支护技术应用研究

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由于建筑物形状或场地限制,弧形基坑和其他一些不规则形状的基坑逐渐增多。弧形基坑具有凹形的内拱墙,由于土压力作用,将在支护结构内部产生压力,支护结构的抗压性能普遍较好,并且即使支护的结构中存在一定的薄弱连接环节,比如地连墙的小裂缝等,这些都会由于上述的压力作用而使小接缝更加紧密。因此,这种拱效应对于稳定和变形都极为有利。因其受力合理,必将成为人们持续不断的研究和实践的热点问题。二维的有限元法和传统的分析方法在计算由平面形状所引起的空间效应时大都无能为力,而现有的有限元计算软件也多限于对平面问题的求解,在对有明显空间效应的深基坑工程进行模拟计算时,由于需对模型作了一系列过多的简化导致不能反映结构的实际空间变形性状,因此,在围护结构设计时就存在造成安全隐患和资源浪费的潜在可能。所以,对于有明显空间效应的深基坑工程进行模拟计算时,其支护结构的计算就有十分必要作为空间问题来求解。随着计算机计算能力的发展和一些大型通用有限元软件逐渐在工程设计的应用日益成熟,使得平面问题向三维问题发展成为了可能。建立基坑支护结构的三维有限元模型能模拟不同开挖工况得出基坑外侧空间位移场,能预测支护结构的变形和内力动态变化。但有限元软件建立模型复杂,计算时间较长且存在不易收敛等问题,一般人员使用起来难度较大。三维弹性支点法有限元模型的建立有助于从整体上来把握结构的受力特性和空间变形性状,得到支撑系统与挡土结构在各个开挖工况下的水平位移及结构内力等结果,同时与三维有限元分析中需考虑土与结构共同作用的工作量大大减少,因而易于应用于实际工程的设计中。本文首先总结当前深基坑开挖工程的特点以及基坑工程研究中存在的不足和问题,探讨弧形深基坑工程的一些基本理论。其次对深基坑工程的几种计算分析方法进行了介绍,比较了几种计算方法的优劣。运用ANSYS软件,根据郑州某弧形深基坑工程实际情况,在进行了部分假定的基础上,应用三维弹性支点法进行了有限元模型的建立,利用单元的生死和荷载步法模拟开挖的过程,并对计算思路进行了详细的介绍。计算得出弧形段和直线段的水平位移,并对其进行分析。最后,通过计算值与实测值进行对比分析,研究弹性支点法在模拟弧形深基坑开挖的适用性。结果表明,三维弹性支点法在模拟分析弧形深基坑工程开挖过程中,能够反映实际结构的空间变形性状,其空间效应也可以得到有效的模拟,计算结果与实测结果的分布规律和变化趋势基本吻合,证明了三维弹性支点法模拟弧形深基坑开挖过程的可行性。弧形段较直线段水平位移小,且各工况间变化幅度不大,随桩深变化也较为平稳,减小了局部较大位移。
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