【摘要】：
在基坑開挖施工過程中,由于坑內(nèi)外水頭差的存在并隨時(shí)間變化,引發(fā)土體中滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的改變,水土相互作用變得極為復(fù)雜。大量的基坑工程實(shí)踐表明,滲流作用的影響十分顯著;但是,目前有關(guān)對(duì)滲流影響基坑變形性狀的研究尚不多見。
本文以某泵站軟土
基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及某廣場(chǎng)基坑工程為研究背景。以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),基于滲流基本理論,采用二維有限元計(jì)算方法對(duì)滲流問題進(jìn)行求解;對(duì)考慮滲流影響與分步開挖的基坑變形性狀進(jìn)行分析研究。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
1、對(duì)某泵站軟土基坑工程施工進(jìn)行了監(jiān)測(cè)工作,采集了包括樁頂水平位移、地下水位、支撐軸力和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形等原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。由監(jiān)測(cè)效果分析表明:此監(jiān)測(cè)方法為基坑信息化設(shè)計(jì)與施工提供了可靠的依據(jù),適合于在本地區(qū)軟土基坑工程中推廣應(yīng)用。
2、在有限元數(shù)值計(jì)算中,土體參數(shù)的選取是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文分別采用直剪試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)測(cè)定土的重要力學(xué)參數(shù):c、φ、E_s及k;并以室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試值為基礎(chǔ),結(jié)合經(jīng)驗(yàn)參考統(tǒng)計(jì)值確定有限元計(jì)算參數(shù)。
3、結(jié)合泵站軟土基坑工程和某廣場(chǎng)基坑工程,采用大型有限元軟件MIDAS GTS模擬基坑施工開挖,以水滲流作為討論因素,分別建立考慮滲流和不考慮滲流兩個(gè)計(jì)算模型,模擬基坑施工開挖過程。分析各開挖階段滲流場(chǎng)的分布及變化規(guī)律,并對(duì)滲流影響下的基坑變形性狀(主要包括支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、坑外地表沉降變形和坑內(nèi)地面隆起變形)進(jìn)行分析研究,并將計(jì)算值和實(shí)測(cè)值作對(duì)比分析,得出在該工程條件下的基坑變形性狀規(guī)律:
(1)考慮滲流影響的支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平
位移計(jì)算值較不考慮滲流增大約30%,并與實(shí)際測(cè)值比較接近;
(2)基坑地表最大沉降變形位置發(fā)生在距支護(hù)結(jié)構(gòu)約為一倍的開挖深度處,考慮滲流影響的坑外地表沉降變形隨開挖深度增加明顯增大,且最大位移點(diǎn)向外移動(dòng);
(3)坑內(nèi)地面隆起變形曲線呈拋物線狀,最大位移在基坑開挖面的中心點(diǎn)的位置�？紤]滲流影響的坑內(nèi)隆起變形,除第一次開挖最大位移發(fā)生在中部外,其它開挖步的最大隆起變形在靠近基坑墻體側(cè)壁附近。
4、以工程實(shí)例(二)為背景,建立有限元數(shù)值分析模型,將滲流影響因素作為不變條件,通過改變對(duì)土體的某些主要計(jì)算參數(shù)(滲透系數(shù)k和內(nèi)摩擦角φ),得出在該工程條件下土體特性變化對(duì)基坑變形性狀的影響規(guī)律:
(1)滲透系數(shù)在1～10k_i以內(nèi)變化,對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響不明顯,隨滲透系數(shù)增大,支護(hù)結(jié)構(gòu)變形略有增加。地面沉降變形受滲透系數(shù)影響較為明顯,滲透系數(shù)變化對(duì)開挖面中心點(diǎn)處隆起變形影響較小,而開挖面墻體附近隆起變形影響較為明顯;
(2)土體內(nèi)摩擦角φ變化對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響非常明顯,φ取值越小,支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移越大。計(jì)算值顯示:當(dāng)內(nèi)摩擦角取值減少50%時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形量增加30%左右,內(nèi)摩擦角的變化對(duì)坑內(nèi)隆起變形和地表沉降變形的影響也是非常明顯,內(nèi)摩擦角越大,隆起變形和地表沉降變形也越大。
【關(guān)鍵詞】：基坑監(jiān)測(cè) 室內(nèi)試驗(yàn) 基坑開挖 滲流 有限元法 基坑變形 【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TU753
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.083604
【目錄】：
- 摘要4-6
- ABSTRACT6-8
- 目錄8-11
- CONTENTS11-14
- 第一章 緒論14-22
- 1.1 概述14-15
- 1.2 基坑滲流引起的問題15-16
- 1.2.1 引起墻后地面沉降15
- 1.2.2 引起滲透破壞15-16
- 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
- 1.3.1 國(guó)內(nèi)外滲流理論的研究現(xiàn)狀16
- 1.3.2 滲流～應(yīng)力耦合理論的研究現(xiàn)狀16-18
- 1.3.3 滲流作用影響基坑變形性狀研究18-20
- 1.4 本文的主要工作20-22
- 第二章 基坑滲流理論及有限元分析22-41
- 2.1 滲流基本理論22-28
- 2.1.1 滲流基本概念22-23
- 2.1.2 滲流連續(xù)微分方程23-25
- 2.1.3 滲流基本方程25-26
- 2.1.4 滲流定解條件26-28
- 2.2 基坑滲流有限元分析28-32
- 2.2.1 滲流分析方法28-30
- 2.2.2 有限元法的應(yīng)用30-31
- 2.2.3 有限元的基本原理31-32
- 2.3 二維非穩(wěn)定滲流有限元分析32-36
- 2.3.1 有限元基本方程32
- 2.3.2 二維滲流有限元數(shù)值計(jì)算32-36
- 2.4 滲流場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)耦合有限元分析36-40
- 2.4.1 耦合分析的基本方程36-39
- 2.4.2 平面應(yīng)變耦合分析的有限元法39-40
- 2.5 本章小結(jié)40-41
- 第三章 基坑工程監(jiān)測(cè)分析及室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)41-57
- 3.1 工程概述41
- 3.2 基坑監(jiān)測(cè)的內(nèi)容以及方法概述41-44
- 3.2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容41
- 3.2.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備以及監(jiān)測(cè)方法41-42
- 3.2.3 監(jiān)測(cè)布置說明42-44
- 3.3 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果分析44-47
- 3.3.1 樁頂水平位移44
- 3.3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)變形44-46
- 3.3.3 支撐軸力46-47
- 3.3.4 地下水位47
- 3.4 基坑監(jiān)測(cè)效果評(píng)價(jià)以及建議47-48
- 3.5 土的室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)48-56
- 3.5.1 直剪試驗(yàn)確定強(qiáng)度指標(biāo)49-52
- 3.5.2 固結(jié)試驗(yàn)確定土的壓縮模量52-55
- 3.5.3 滲透試驗(yàn)確定土的滲透系數(shù)55-56
- 3.6 本章小結(jié)56-57
- 第四章 Midas GTS有限元理論基礎(chǔ)57-66
- 4.1 Midas GTS有限元軟件57
- 4.2 非線性有限元分析57-60
- 4.3 數(shù)值模擬的實(shí)現(xiàn)60-65
- 4.3.1 本構(gòu)模型60-62
- 4.3.2 內(nèi)支撐的模擬計(jì)算62
- 4.3.3 接觸單元的設(shè)置62-63
- 4.3.4 施工開挖模擬分析63-65
- 4.4 本章小結(jié)65-66
- 第五章 考慮滲流影響與分步開挖的基坑變形性狀實(shí)例分析66-87
- 5.1 工程實(shí)例(一)66-71
- 5.1.1 工程基本概況66
- 5.1.2 計(jì)算模型的建立66-69
- 5.1.3 計(jì)算結(jié)果分析69-71
- 5.2 工程實(shí)例(二)71-82
- 5.2.1 工程概況71
- 5.2.2 地質(zhì)情況及水文地質(zhì)條件71-72
- 5.2.3 基坑支護(hù)方案以及降水方法72
- 5.2.4 有限元模型的建立72-74
- 5.2.5 計(jì)算結(jié)果分析74-82
- 5.3 其它影響因數(shù)分析82-85
- 5.3.1 滲透系數(shù)變化對(duì)基坑變形性狀的影響82-83
- 5.3.2 內(nèi)摩擦角變化對(duì)基坑變形性狀的影響83-85
- 5.4 本章小結(jié)85-87
- 結(jié)論與展望87-89
- 結(jié)論87-88
- 展望88-89
- 參考文獻(xiàn)89-92
- 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文92-94
- 致謝94
