复杂条件下深基坑嵌岩支护开挖施工过程数值模拟与分析

摘要

该文首先根据土的有效应力理论,提出了考虑地下水渗流与土、支护结构变形耦合的深基坑支护开挖过程确定有限元计算模型和数值模拟方法,该模型将内支撑通过刚度凝聚处理为超级单元,并可以考虑挡墙-土之间的接触摩擦,能模拟施工开挖步序,文中通过与其他计算方法以及现场实测数据的比较验证了该模型和方法的正确性和可行性.运用深基坑支护开挖过程的确定性有限元数值模拟技术和方法,计算分析了润扬长江大桥北锚碇基坑嵌岩支护结构的受力变形特征,确定了嵌岩地下连续墙的厚度、嵌岩深度等设计取值标准,得到了若干对现场施工有指导意义的结论.论文提出了支护结构施工过程“动态强度可靠度”和“动态刚度可靠度”的概念,在确定性有限元数值模拟技术的基础上,研究了支护结构基于Monte-Carlo法的随机有限元数值模拟技术和施工过程动态可靠度计算方法,并详细计算分析了润扬长江大桥北锚碇基坑施工过程中嵌岩支护结构的可靠度变化,通过不同支撑方案的可靠度比较,提出了支撑优化施工方案.文章最后,对全文的工作进行了总结,并提出了有待进一步研究的问题.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1课题的提出及工程背景

1.2深基坑支护开挖计算方法

1.2.1研究历史

1.2.2.计算方法分类

1.2.3经典计算方法

1.2.4弹性地基梁(板)法

1.2.5连续介质有限元法

1.3深基坑支护开挖计算的研究现状

1.3.1简介

1.3.2支护结构与土体的相互作用

1.3.3基坑变形计算

1.3.4基坑开挖有限元计算的土体本构模型及参数

1.3.5支护结构的可靠性分析与安全评价

1.4本文的主要研究内容及途径

第二章 深基坑支护开挖非线性有限元计算理论

2.1概述

2.2变形渗流耦合的分析方法和控制方程

2.3有限元计算模型

2.3.1二维平面有限元计算模型

2.3.2三维空间有限元计算模型

2.4单元分析

2.4.1梁单元

2.4.2等参单元

2.4.3厚板单元

2.4.4流体单元

2.4.5等效结点荷载

2.5 支撑框架子结构及其与挡墙连接

2.5.1支撑框架子结构的静力凝聚

2.5.2支撑与挡墙的连接

2.6材料本构关系及本构矩阵

2.6.1线弹性模型

2.6.2非线性弹性模型

2.6.3弹塑性模型

2.7土－结构界面模拟

2.8控制方程的求解

2.9算例及计算方法的验证

2.9.1软土开挖边坡的变形与渗流耦合弹塑性稳定有限元计算

2.9.2软土基坑支护开挖过程的三维有限元计算

第三章 超大深基坑嵌岩支护开挖施工过程力学性态模拟与分析

3.1引言

3.2基本计算条件

3.2.1工程地质和水文条件

3.2.2支护结构

3.2.3计算工况

3.3考虑渗流与变形耦合的平面弹塑性有限元数值模拟与分析

3.3.1基本方程与边界条件

3.3.2材料模型及参数

3.3.3计算域有限元网格划分

3.3.4计算结果分析

3.4三维非线性弹性有限元数值模拟与分析

3.4.1三维有限元模型与计算步骤

3.4.2三维有限元计算结果

3.4.3地连墙厚度和嵌岩深度的设计取值

3.5计算结果分析比较

第四章 基于随机有限元的支护结构可靠性数值计算

4.1支护结构的可靠度概念

4.1.1支护结构功能要求

4.1.2支护结构可告度

4.2支护结构荷载分析

4.3支护结构抗力分析

4.4支护结构可靠度的Monte-Carlo数值模拟

4.4.1 Monte-Carlo模拟法的基本原理

4.4.2随机抽样方法

4.4.3模拟次数的确定及误差分析

4.4.4深基坑支护结构可靠度的计算及其Monte-Carlo模拟基本步骤

4.5润扬大桥北锚碇基础深基坑嵌岩地下连续墙挡土结构可靠度计算

4.5.1计算方法与基本随机变量

4.5.2地下连续墙的强度可靠度计算结果

4.5.3地下连续墙的刚度可靠度计算结果

4.5.4不同支撑方案对可靠度的影响及其优化

第五章 结论与建议

参考文献

致谢