考虑土体不同强度与变形参数及基坑支护空间影响的基坑支护变形与内力研究

摘要

目前天津滨海新区正在和将要进行大力开发和建设，针对软土基坑开挖中的关键性问题，结合目前基坑工程研究现状，本文主要进行以下几方面的工作： 总结了基坑开挖中土体应力路径，采用薄壁取土器取得天津滨海新区淤泥质软粘土土样，按照不同的卸荷应力比进行K0固结应力路径试验，分析了基坑开挖不同卸荷应力路径下土体的变形特性，归纳了土体初始卸荷模量的计算公式，并给出了不同卸荷应力路径的初始卸荷模量值。结合天津滨海新区某基坑工程，对基坑开挖影响范围内软土层进行了常规三轴试验和考虑应力路径的K0固结卸荷试验，对比分析了不同固结压力和应力路径条件下土体的抗剪强度指标的不同，探讨了应力路径对天津滨海新区软粘土强度特性的影响。 根据三轴试验结果，选用硬化土体模型进行有限元分析，分析了各模量参数取值对有限元计算结果的影响；结合天津开发区某深基坑工程，进行了硬化土体模型模量参数测定，试图找到硬化土体模量参数与压缩模量的关系；对土样进行了直剪固结快剪试验、常规三轴固结不排水剪和K0固结卸荷不排水剪试验，应用不同强度指标及模量参数试验结果对工程进行有限元模拟，对比分析了不同强度指标对工程有限元计算结果的影响，并与工程实测结果进行了对比。 探讨反压土与支护结构相互作用的机理，采用有限元计算分析了反压土宽度、坡度、高度等截面特性对支护结构位移和内力的影响规律，找到了最优截面参数与基坑开挖深度等的关系，以此为依据给出了反压土与支护结构相互作用的弹性抗力法简化计算方法，以弹簧来模拟反压土的作用，并给出了弹簧刚度的确定方法。并运用本文提出的简化计算方法对一个离心模型试验和两个典型工程实例进行了模拟，并与有限元和实测结果进行了对比分析。 在对支护结构土压力计算理论与方法研究现状进行充分了解的基础上，建立考虑支护结构变形对土压力影响的线性和非线性土压力的计算公式，并编制了有限元软件，首次对比分析了线性、非线性（三角函数法、双曲线法）主动区土压力模型对支护结构内力、变形和土压力分布的影响差异，探讨了参数取值的影响。在对基坑支护平面分析的基础上，编制了一套引入线性及非线性土压力的空间计算软件，并编制了强大的前后处理程序，运用该软件对存在深、浅不同挖深的基坑及某工程实例进行了计算和分析。得到了可供工程借鉴的结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2课题研究依据及背景

1.3国内外研究现状

1.3.1深基坑开挖土体的力学与变形性状研究现状

1.3.2土压力计算方法研究现状

1.4本文研究内容及主要工作

第二章 基坑开挖过程的应力路径试验研究

2.1引言

2.2深基坑开挖过程中土体的应力路径

2.3三轴试验仪器改造与研制

2.3.1仪器设备功能要求

2.3.2功能实现及仪器特点

2.4试验方案和过程

2.4.1试验土质及物理力学指标

2.4.2应力路径试验方案

2.4.3土的天然固结状态的试验模拟

2.4.4排水条件的选取

2.4.5试验步骤

2.5应力-应变曲线试验结果

2.5.1相同围压不同卸荷应力路径试验结果

2.5.2不同围压下卸荷应力路径试验结果

2.6不同应力路径土体变形性状分析

2.6.1相同围压不同卸荷应力路径应力应变双曲线拟合

2.6.2侧向卸荷应力应变双曲线拟合

2.6.3轴向卸荷应力应变双曲线拟合

2.6.4应力应变关系归一化性状

2.7常规加荷与侧向卸荷应力路径对土体特性影响对比分析

2.8结论

第三章土与支护结构相互作用有限元分析

3.1硬化土体模型简介

3.1.1三轴排水试验中的双曲线关系

3.1.2 Hardening-Soil模型的双曲线逼近

3.1.3对于三相应力状态下的塑性体积应变

3.1.4 Hardening-Soil模型参数

3.1.5 Hardening-Soil模型的帽盖屈服面

3.2模型对主要模量变化的敏感度分析

3.2.1模量对悬臂支护结构的影响分析

3.2.2模量对单支撑支护结构的影响分析

3.3某工程计算参数试验及有限元模拟

3.3.1工程概况

3.3.2工程和水文地质条件

3.3.3模型参数试验

3.3.4有限元计算与分析

3.4结论及建议

第四章支护桩与反压土共同作用研究

4.1基坑开挖预留反压土的现有简化分析方法

4.1.1超载法

4.1.2图解法

4.2反压土作用机理的有限元分析

4.2.1基本算例模型的建立

4.2.2预留反压土与悬臂开挖对比分析

4.2.3反压土截面影响分析

4.3考虑反压土作用简化计算方法

4.3.1土楔体留存系数的定义

4.3.2土压力调整系数

4.3.3反压土作用简化计算方法

4.3.4基床系数的确定

4.3.5算例计算与分析

4.4离心试验模拟与分析

4.4.1工程及离心试验概况

4.4.2有限元模拟与分析

4.4.3简化计算与分析

4.5仁恒海河广场项目实例分析

4.5.1工程概况

4.5.2场地工程地质和水文地质条件

4.5.3基坑支护方案

4.5.4计算结果及分析

4.5.5分析与总结

4.6天津站交通枢纽实例分析

4.6.1工程概况

4.6.2工程地质和水文地质条件

4.6.3围护结构方案的选择和比较

4.6.4围护结构的受力与变形分析

4.6.5基坑监测

4.7小结

第五章考虑桩土相互作用的基坑支护空间计算方法

5.1考虑位移影响的土压力计算模型

5.1.1本文所采用的土压力计算模型

5.1.2本文采用土压力模型的程序实现

5.1.3支护结构平面受力与变形分析

5.2基坑支护体系空间计算方法

5.2.1空间计算问题的提出

5.2.2空间计算简图

5.2.3支撑力与支撑处位移关系曲线

5.2.4支护体系空间计算方法

5.2.5本方法主要优缺点

5.3基坑支护体系空间受力与变形分析

5.3.1不同计算方法内力与变形分析比较

5.3.2对于深浅坑的计算

5.4工程实例计算与分析

5.4.1工程概况及工程地质条件

5.4.2支护体系设计及施工监测方案

5.4.3监测结果

5.4.4支护体系空间计算

5.5小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2进一步研究的建议与展望

参考文献

博士在读期间发表论文和科研情况

致谢