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不同开挖方式的基坑变形数值模拟研究

作　者: 钱巍
导　师: 严驰
学　校: 天津大学
专　业: 岩土工程
关键词: 基坑分层分步开挖变形规律数值模拟 FLAC3D
分类号: TU433
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
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内容摘要

近年来，我国现代化进程逐渐加快，极大的促进了基坑工程的飞速发展。为满足高层建筑、地铁系统的需要，基坑规模越来越大，深度越挖越深，与此同时，也引发了一系列复杂的问题。位于城市繁华路段的基坑工程，附近施工条件比较复杂，不仅要求满足自身的安全稳定，更多的是在开挖过程中保证附近建筑物的安全，不会因发生较大沉降而破坏。近十年国内外对基坑内外变形的研究也取得了重大成果，普遍认为平面尺寸效应、圈梁效应、桩身插入深度的影响、支撑刚度的影响和角撑效应对基坑变形特性和应力的分布都有重要的影响。基坑开挖的过程总是开挖释放土中应力在前，设置支撑在后，此时坑内外土体压力差已经产生，地连墙已经发生部分变形，地连墙的侧移又直接影响到坑外周围土体的沉降，这是一个相对复杂的过程。本文以天津市自来水大厦基坑工程为背景，运用三维有限差分软件FLAC3D模拟四种基坑分层分步开挖的不同过程，对基坑底部隆起变形、地连墙变形和基坑周围沉降变形规律进行了研究，分析了基坑空间效应对基坑变形的影响。文中详细介绍了FLAC3D模型的建立、本构模型的选取、参数的取值、边界条件及初始条件的确定，对四种开挖过程的模拟计算结果进行对比分析，得出如下结论：基坑底部隆起变形与开挖的施工顺序有着直接的关系，先开挖部分的变形总是大于后开挖部分，而且每一步开挖的范围及深度对基坑不同位置的影响有着相当大的差异；地连墙的最大变形发生在长边的跨中位置，先开挖部分的地连墙变形程度稍大于后开挖部分；基坑周围沉降的最大位置通常位于先开挖一侧，而且沉降区域明显比后开挖一侧大。综上所述，基坑的开挖方式对基坑内外的变形具有相当大的影响，基坑设计前要充分考虑到施工过程对基坑稳定的影响，及时预测与监测基坑变形可以让施工方案最优化，降低成本和事故发生率。由此可见，研究基坑开挖的空间效应具有非常重要的工程应用价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 本文问题的提出  10-11
  1.3 基坑工程对周围环境影响的研究现状  11-14
  1.4 本文主要工作内容  14-16
第二章基坑变形理论  16-21
  2.1 基坑变形的机理  16
  2.2 基坑开挖中的三种变形形式  16-19
    2.2.1 基坑底部隆起  16-17
    2.2.2 地连墙及支护结构变形  17-18
    2.2.3 基坑外面沉降变形  18-19
  2.3 基坑开挖过程中的空间效应  19-21
第三章 FLAC 3D 的功能与特性  21-25
  3.1 岩土数值分析软件概况  21
  3.2 FLAC 3D 简介  21-25
    3.2.1 本构模型  22
    3.2.2 单元与网格生成  22
    3.2.3 边界条件  22-23
    3.2.4 FLAC 3D 计算步骤  23
    3.2.5 FLAC 3D 内嵌 FISH 语言  23
    3.2.6 FLAC 3D 优缺点  23-25
第四章基坑施工过程的模拟  25-38
  4.1 工程概况  25-30
    4.1.1 工程简介  25
    4.1.2 场地工程地质  25
    4.1.3 基坑降水  25-29
    4.1.4 基坑支护设计  29-30
  4.2 FLAC 3D 数值模拟计算过程  30-38
    4.2.1 材料模型的选取及参数的确定  30-31
    4.2.2 建模过程  31-38
第五章数值模拟计算结果对比分析  38-56
  5.1 四种开挖方式  38-39
  5.2 监测点的布置  39
  5.3 基坑底部变形对比  39-45
    5.3.1 X 正方向开挖与 X 负方向开挖的数值分析结果对比  39-42
    5.3.2 Y 正方向开挖与 Y 负方向开挖的数值分析结果对比  42-45
  5.4 围护墙变形对比  45-48
    5.4.1 X 正方向开挖与 X 负方向开挖的数值分析结果对比  45-47
    5.4.2 Y 正方向开挖与 Y 负方向开挖的数值分析结果对比  47-48
  5.5 基坑周围沉降变形的数值分析结果对比  48-54
    5.5.1 X 正方向开挖与 X 负方向开挖的数值分析结果对比  48-51
    5.5.2 Y 正方向开挖与 Y 负方向开挖的数值分析结果对比  51-54
  5.6 三种变形之间的关系  54-56
第六章结论与展望  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 不足之处及展望  57-58
参考文献  58-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

不同开挖方式的基坑变形数值模拟研究

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