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干取土矩形咬合桩变形机理及其在软土区深基坑支护中的应用研究

作　者: 张庆
导　师: 邹正盛；顿志林
学　校: 河南理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 深基坑干取土矩形咬合桩等效刚度土拱效应参数反演数值模拟参数分析
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要

在宁波软土地区,目前以钻孔灌注桩为深基坑的主要支护桩型,经初步估算消耗洁净水约3500万m3/年,排放泥浆量约2000万m3/年,严重威胁用水安全和地区环境平衡;在该区以饱和软土地层为主,临时性的支护措施的费用总计约10亿元/年;理论和实践都证实,圆形截的桩承受弯矩很不合理,但由于工艺约束仍大量使用。干取土矩形咬合桩是一种新型支护桩,不仅能够避免清洁水使用、消除泥浆污染,而且能够节省材料、降低造价、提高支护性能。新型桩经济合理、绿色环保、施工便捷,解决了圆形灌注桩存在的问题,具有很好的应用开发前景和经济环保性,局部工程实践也取得不错的效果。本文结合基坑实践,介绍干取土矩形咬合桩的工艺,通过理论计算对矩形桩和圆形桩做了对比分析,借助数值试验对矩形咬合桩主要设计参数做了分析,进而简单分析新型桩-环梁的复合支护结构受力变形规律和支护效果。课题结合宁波地区的基坑实践,对干取土矩形咬合桩进行探索和研究:对矩形和圆形咬合桩的对比计算表明,在截面高度和咬合宽度相同时,前者的换算厚度仅比后者小4%左右,而截面面积小16%左右,可见矩形咬合桩的受力性能优越,同等条件下可节省材料。计算承受三角形、矩形、梯形分布荷载时的矩形和圆形截面桩,表明在截面面积和高度相同时矩形截面桩的刚度要大,最大正内力要小,挠度和转角均要小。应用数值试验研究软土区土拱效应,表明在本文数值情况下只有桩间距为一倍桩宽时才有明显的土拱效应,此时桩和土拱的荷载承担分别为约15%、约85%。通过数值试验,表明环梁的内力和位置是随工况变化的动态平衡的过程。由于LS-SVM的小样本特性,可建立有限的位移值和多个土层参数间的复杂非线性映射关系模型,用于基坑土层地质参数反演。本文进行反演验证,效果不错,还用于后续的数值建模。通过FLAC3D分析,得到了主桩截面高宽、咬合部截面高宽、桩长、桩体材料强度、坑周土体的物理力学指标等参数对基坑和桩体变形影响规律。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-11
1 引言  11-27
  1.1 课题提出  11-12
  1.2 研究目的与意义  12-13
  1.3 国内外基坑工程发展现状  13-15
  1.4 咬合桩发展现状  15-19
  1.5 环梁支撑发展现状  19-23
  1.6 干取土矩形咬合桩施工工艺  23-25
  1.7 本文研究内容和方法  25-27
2 干取土矩形咬合桩理论分析  27-59
  2.1 矩形咬合桩土压力计算  27-33
    2.1.1 矩形桩水平承载力计算  27-30
    2.1.2 矩形桩土压力计算  30-33
  2.2 矩形咬合桩单桩受力变形分析  33-47
    2.2.1 矩形分布荷载下受力分析  34-38
    2.2.2 三角形分布荷载下的受力分析  38-42
    2.2.3 梯形分布荷载下的受力分析  42-47
    2.2.4 矩形桩单桩受力变形总结  47
  2.3 矩形咬合桩排桩等效刚度分析  47-51
    2.3.1 咬合桩等刚度计算理论  47-48
    2.3.2 圆形咬合桩等效刚度计算  48-49
    2.3.3 矩形咬合桩等效刚度换算  49-50
    2.3.4 矩形咬合桩对比分析  50-51
  2.4 矩形桩咬合桩支护结构土拱效应分析  51-56
    2.4.1 矩形桩间距与土拱效应关系分析  51-54
    2.4.2 矩形咬合桩荷载分担分析  54
    2.4.3 矩形咬合桩土压力横向分布  54-56
  2.5 环梁内支撑受力分析  56-57
  2.6 基坑开挖方案的变形影响规律  57-58
  2.7 本章小结  58-59
3 基于LS‐SVM 的土体参数反演  59-67
  3.1 支持向量机发展简述  59-60
  3.2 最小二乘支持向量机  60-61
  3.3 基坑FLAC3D 实例建模  61-62
  3.4 参数组合正交设计  62-63
  3.5 验证与预测  63-64
  3.6 本章小结  64-67
4 干取土矩形咬合桩参数研究  67-83
  4.1 矩形桩咬合桩配筋计算分析  69-70
  4.2 标准模型建立  70-71
  4.3 矩形咬合桩参数分析  71-80
    4.3.1 主桩截面参数的影响  71-73
    4.3.2 桩长的影响  73-74
    4.3.3 咬合量的影响  74-75
    4.3.4 材料参数的影响  75-77
    4.3.5 开挖工况的影响  77-78
    4.3.6 土质对基坑支护桩的影响  78-80
  4.4 本章小结  80-83
5 干取土矩形咬合桩复合支护工程应用数值研究  83-93
  5.1 工程概况  83-84
  5.2 土层参数及数值建模  84-85
  5.3 矩形咬合桩+环梁复合支护数值分析  85-92
  5.4 本章小结  92-93
6 结论与展望  93-97
  6.1 结论  93-95
  6.2 创新点  95
  6.3 展望  95-97
参考文献  97-103
作者简历  103-105
学位论文数据集  105

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