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深基坑排桩内支撑支护体系优化设计方法及对周围环境影响研究

作　者: 李慧娜
导　师: 时伟
学　校: 青岛理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 深基坑支护排桩内支撑体系优化设计环境影响
分类号: TU753
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

城市地下空间开发和大量高层建筑建设促使深基坑工程的规模和深度不断加大,在城市建筑物密集区的深基坑工程也越来越多,深基坑周围既有建筑物密集、管线道路错综复杂、施工场地狭窄是处在城市建筑密集区深基坑工程的显著特点。如何优化选择一种既能保证深基坑开挖施工过程中的安全稳定性,又能取得较好经济效益的深基坑支护结构方案,一直以来都是基坑工程研究的首要问题。同时,在城市中的深基坑工程开挖要求严格控制开挖对周围环境的影响。因此综合考虑安全、经济和环境评价等各方面因素探索深基坑支护优化设计方法,解决深基坑开挖引起的城市环境地质问题无疑具有重要的理论意义和工程实践价值。本文运用多目标模糊决策理论和集值统计方法,建立深基坑支护系统多目标模糊优化模型,实现方案决策定量化,提出对深基坑支护方案进行优化选择的“专家系统”。本文结合青岛地区地层地质条件,对排桩内支撑支护体系设计方法进行研究比较,考虑时空效应对支护结构受力的影响,排桩采用考虑开挖工况的等值梁法进行设计计算;内支撑采用有限元软件SAP2000,将支撑杆件、腰梁和环梁看作一个平面体系,考虑不同支撑条件分别进行分析,寻求最不利内力组合,对支撑体系的各个构件进行截面设计,最终得出排桩内支撑支护体系的优化设计方法,并将这一方法应用到青岛某深基坑工程中以检验其适用性。本文基于FLAC3D对某深基坑开挖过程进行模拟,将模拟分析结果与实测数据进行对比分析,模拟结果与实测数据较接近,以证明FLAC3D模拟基坑开挖对周围环境影响的可行性。应用FLAC3D对青岛某深基坑工程进行模拟分析,实现对基坑开挖引起周围地表沉降预测。通过对不同桩径、不同桩距和不同支撑截面计算分析,讨论了支护构件对基坑周围地表沉降影响,数值模拟结果表明支撑截面变化对周围地表沉降影响最大,桩径变化影响最小。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-22
  1.1 深基坑工程概述  11-12
  1.2 深基坑工程特点  12-13
  1.3 深基坑工程国内外研究现状  13-15
    1.3.1 深基坑支护结构设计方法研究现状  13-14
    1.3.2 深基坑开挖对周围环境影响研究现状  14-15
  1.4 目前常用的基坑支护结构分类及支护体系选用原则  15
  1.5 排桩内支撑支护结构设计方法及存在的问题  15-18
    1.5.1 目前常用排桩结构设计方法  15-17
    1.5.2 目前常用支撑体系计算方法  17-18
    1.5.3 排桩内支撑结构计算中存在的问题  18
  1.6 研究问题的提出和研究意义  18-20
    1.6.1 青岛市深基坑支护适用性  18-19
    1.6.2 问题的提出  19-20
    1.6.3 本文研究的意义  20
  1.7 研究思路、内容和预期目标  20-22
    1.7.1 研究思路  20-21
    1.7.2 本文研究的内容  21
    1.7.3 论文预期目标和创新点  21-22
第2章深基坑支护结构方案优化设计  22-33
  2.1 深基坑支护方案优选的原则及依据  22-24
  2.2 深基坑支护方案优选的方法  24-29
    2.2.1 定性分析法  24
    2.2.2 经验加权评分法  24-25
    2.2.3 深基坑支护多目标模糊综合评价方法“专家系统”  25-29
  2.3 深基坑支护评价目标体系及定性目标的集值统计量化方法  29-32
    2.3.1 集值统计原理  29
    2.3.2 深基坑支护评价目标体系  29-30
    2.3.3 定性目标的集值统计量化方法  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章排桩内支撑结构优化设计研究  33-52
  3.1 土压力计算理论  33-39
    3.1.1 静止土压力的计算  33-34
    3.1.2 Coulomb土压力理论  34-36
    3.1.3 Rankine土压力理论  36-37
    3.1.4 基坑开挖支护中的土压力  37-39
  3.2 排桩设计计算理论  39-47
    3.2.1 等值梁法  40-42
    3.2.2 弹性地基梁法  42-45
    3.2.3 排桩的优化设计方法  45-47
  3.3 内支撑体系设计计算理论  47-51
    3.3.1 常用的内支撑体系设计计算方法  48-49
    3.3.2 内支撑支护体系的优化设计方法  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章深基坑排桩内支撑支护工程实例  52-65
  4.1 工程概况  52-53
  4.2 深基坑工程支护方案选择  53-56
    4.2.1 定性分析方案的适用性  53-54
    4.2.2 多目标模糊优选模型的建立  54-55
    4.2.3 多目标模糊优选模型的求解  55-56
  4.3 结构设计计算  56-64
    4.3.1 排桩体系优化设计  56-58
    4.3.2 内支撑体系的优化设计  58-64
  4.4 本章小结  64-65
第5章基坑开挖对周围环境影响研究  65-72
  5.1 基坑变形分析  65-66
    5.1.1 墙体变形  65-66
    5.1.2 基底隆起变形  66
  5.2 基坑开挖对周围环境影响  66-67
  5.3 地表沉降理论及其计算方法  67-71
  5.4 本章小结  71-72
第6章应用FLAC3D评价开挖对周围环境影响  72-95
  6.1 FLAC软件简介  72-76
    6.1.1 有限差分法简介  72-73
    6.1.2 FLAC程序简介  73
    6.1.3 FLAC 3D的特点  73-74
    6.1.4 FLAC程序的基本原理  74-75
    6.1.5 运动方程  75-76
    6.1.6 应变应力及节点不平衡力  76
    6.1.7 阻尼力  76
  6.2 工程实例验证  76-85
    6.2.1 工程概况  76-77
    6.2.2 支护方案  77-78
    6.2.3 监测  78-80
    6.2.4 FLAC3D数值模拟  80-84
    6.2.5 数值模拟结果与实测结果对比分析  84-85
  6.3 基坑开挖对周围环境影响预测  85-94
    6.3.1 土体模型的确定  86
    6.3.2 支护结构模型的确定  86-87
    6.3.3 计算模型  87
    6.3.4 分步开挖施工过程模拟  87-90
    6.3.5 开挖对周围环境影响预测  90-91
    6.3.6 各支护构件对周围环境影响模拟及分析  91-94
  6.4 本章小结  94-95
第7章结论与展望  95-97
  7.1 主要结论  95-96
  7.2 展望  96-97
参考文献  97-99
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作  99-100
致谢  100

深基坑排桩内支撑支护体系优化设计方法及对周围环境影响研究

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