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基于土拱理论的基坑双排桩支护结构的受力特征分析

作　者: 黄学龙
导　师: 林本海
学　校: 广州大学
专　业: 岩土工程
关键词: 双排桩结构基坑支护桩间土压力水平位移桩身弯矩
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在基坑支护结构中，双排桩支护结构是一种较新的支护形式。这种支护形式以侧向刚度大、施工快捷方便及安全经济性可控被岩土工程设计人员逐渐接受，并应用于土层较差、周边环境复杂、对施工用地红线提出明确限制条件的基坑工程中。国内外学者对悬臂式双排桩支护结构已进行了不少的研究，提出了各种理论计算方法，尽管已经运用到工程实践中，但对于双排桩的理论研究至今还没有形成被广泛认同的设计计算理论。本文在对各家理论和计算方法对比分析的基础上，首先对各种理论进行相互的印证分析，再通过双排桩支护结构在实际工程成功运用的监测资料，对双排桩支护结构进行了力学理论分析和计算公式的推导，进而通过大型岩土工程分析软件对影响双排桩支护性能的各个参数进行了研究分析，主要有以下工作：1.总结目前双排桩支护结构在国内外的研究和应用的现状及其主要的计算方法，提出本文的研究目的和研究的创新点。2.在现有双排桩支护计算理论和方法的基础上，本文推导出双排桩支护结构的滑裂面和桩后土压力的计算方法，推导出桩间土的计算方法，并建立起桩身挠曲微分方程对双排桩进行受力和变形的分析。通过边界条件推导出微分方程的迭代公式，得到一种双排桩应力应变的计算方法。3.通过工程实例，运用大型有限元分析软件Midas—GTS建立与实际支护相同的双排桩支护结构有限元分析模型，并通过实际监测数据与模型计算值进行对比，验证模型的准确性。通过变化桩间土的压缩模量、桩间土的加固深度、桩顶与联系梁的连接情况和桩体的刚度变化等因素对双排桩支护结构的水平位移和桩身刚度进行分析，分析排桩间距对桩间土拱效应的影响。本论文得出了桩后主动土压力、桩间土压力和桩身位移和弯矩的计算公式，为双排桩在基坑中的支护理论分析提供了一种新的方法，对于研究双排桩支护的工作机理具有一定的理论和现实意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-24
  1.1 引言  14
  1.2 双排桩支护在基坑工程中的运用  14-15
    1.2.1 双排桩支护的形成与发展  14-15
    1.2.2 双排桩支护的特点及分类  15
  1.3 双排桩内力计算和变形研究现状  15-20
  1.4 本文研究问题的提出和意义  20-22
    1.4.1 本文研究的问题的提出  20
    1.4.2 本文研究的意义  20-22
  1.5 本文研究的主要内容和创新点  22-24
    1.5.1 本文研究的主要内容  22-23
    1.5.2 本文研究的创新点  23-24
第二章基于“m”法的有限差分法双排桩支护结构计算  24-62
  2.1 常用的双排桩支护结构计算方法  24-25
  2.2 桩周土抗力分析  25-27
  2.3 双排桩的嵌固深度和桩底支承条件  27-29
    2.3.1 双排桩的嵌固深度  27-28
    2.3.2 桩底的支承条件  28-29
  2.4 刚性桩和弹性桩  29-30
  2.5 桩间土压力计算  30-36
    2.5.1 修正系数法  30
    2.5.2 桩间土刚塑性分析法  30-31
    2.5.3 体积比例系数法  31-32
    2.5.4 理正基坑计算软件的计算方法  32-34
    2.5.5 建筑基坑支护技术规程(2012)推荐的计算方法  34-36
  2.6 本文关于双排桩土压力的计算  36-43
    2.6.1 双排桩的前后排桩受力状态分析  36-37
    2.6.2 双排桩土压力的分析  37-39
    2.6.3 双排桩桩间土压力的分析  39-43
  2.7 基于winkle假定计算双排桩桩身内力的方法  43-60
    2.7.1 winkle基本假定及求解方法  43
    2.7.2 双排桩的基本假定  43-44
    2.7.3 双排桩的微分方程式  44-48
    2.7.4 求解双排桩微分方程  48-56
      2.7.4.1 求解前排桩悬臂段微分方程  48-50
      2.7.4.2 求解前排桩嵌固段微分方程  50-52
      2.7.4.3 求解后排桩悬臂段微分方程  52-54
      2.7.4.4 求解后排桩嵌固段微分方程  54-56
    2.7.5 本文模型的合理性验证  56-60
  2.8 本章小结  60-62
第三章双排桩基坑支护工程实例  62-70
  3.1 工程应用实例  62-66
    3.1.1 工程概况  62
    3.1.2 工程地质情况  62-65
      3.1.2.1 地形地貌及环境条件  62
      3.1.2.2 场地岩土地层结构和特性  62-64
      3.1.2.3 水文地质条件  64-65
    3.1.4 周边环境和技术难点  65-66
  3.2 双排桩支护结构设计和施工监测  66-68
    3.2.1 双排桩支护结构设计  66-67
    3.2.2 双排桩施工及其现场监测  67-68
  3.3 本章小结  68-70
第四章有限元基本理论及数值模拟分析  70-112
  4.1 Midas/GTS有限元程序概述  70-71
    4.1.1 Midas/GTS发展历程  70
    4.1.2 Midas/GTS程序内容及适用范围  70-71
  4.2 Midas/GTS有限元基本理论  71-76
    4.2.1 Midas/GTS有限元求解的基本步骤  71-72
    4.2.2 Midas/GTS中土的本构关系  72-73
    4.2.3 本文涉及的材料模型  73-76
      4.2.3.1 各向同性线弹性模型  73-74
      4.2.3.2 Mohr-Coulomb弹塑性模型  74-75
      4.2.3.3 三维接触面模型  75-76
  4.3 有限元模型的主要参数  76-83
    4.3.1 模型几何参数  76-78
    4.3.2 模型材料参数  78-79
    4.3.3 有限元模型的建立  79-82
      4.3.3.1 模型的简化与说明  79-80
      4.3.3.2 模型的边界条件与施工步骤  80-82
    4.3.4 Midas/GTS程序求解问题的一般过程  82-83
  4.4 模型计算结果与分析  83-89
    4.4.1 双排桩水平位移分析  83-86
    4.4.2 双排桩桩身应力和桩身弯矩分析  86-89
    4.4.3 双排桩支护对基坑滑动面的影响  89
  4.5 桩间土的影响  89-98
    4.5.1 桩间土压缩模量大小的影响  90-94
    4.5.2 桩间土加固深度的影响  94-98
  4.6 桩顶约束条件的影响  98-102
  4.7 双排桩桩身刚度对位移的影响  102-105
  4.8 排桩间距对桩间水平土拱作用的影响  105-109
    4.8.1 桩间土水平土拱形成机理  105-106
    4.8.2 排桩间距对桩间土水平土拱效应的影响  106-109
  4.9 本章小结  109-112
第五章结论与展望  112-114
  5.1 研究结论  112-113
  5.2 后续研究工作建议  113-114
附录一本文模型关于桩后土压力计算的自编程序  114-116
附录二本文模型关于双排桩桩身弯矩、剪力和位移计算的自编程序  116-119
参考文献  119-124
攻读硕士期间发表的论文  124
攻读硕士期间参与的科研项目  124-126
致谢  126

基于土拱理论的基坑双排桩支护结构的受力特征分析

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