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基于FLAC-3D的h型双排桩深基坑支护数值模拟分析

日期:2021年11月16日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:559
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202110281105101820 论文字数:35622 所属栏目:土木工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis
相关标签:土木工程论文

本文是一篇土木工程论文,本文重点研究桂林市某培训基地基坑支护方案的选择与设计,根据支护方案的选择与设计,从 h 型桩的工程适应性出发,通过对该新型结构进行理论计算,数值模拟,将其分别对比实际监测数据分析等方法,分析了该结构的结构性能。


第 1 章 绪论


1.1 选题的背景

随着城市化不断地发展,为解决城市人口、资源、环境等危机,城市建设开始大量涌入超高层建筑与地下工程建设。在基础工程需求不断增多的同时,出现事故的可能性也逐渐提高。因此,做好基坑支护的相关工作开始变为尤为重要。基坑工程支护不仅可以提高整个建筑物的稳定性还可提高其安全性[1]。尤其在我国东南部区域,土质条件相对较弱,岩土工程整体稳定性都会受到影响。而岩溶地区在我国占 1/3 之一以上,尤其广西、广东一带,除占地面积广之外,对基坑稳定性的影响也很大。

基坑工程事故往往会造成经济损失、人员伤亡、延误工期等,但为了减少负面影响而一味地去采取提高成本、保守设计等方法也是不可取的[2]。造成基坑工程事故的原因是多方面的,涉及设计、勘察、监测、施工、管理等多方面因素[3],没有考虑实际情况往往会造成工程缺陷。针对国内典型的 522 项基坑支护事故统计中[4],王曙光得出其中因为设计不足导致的工程事故占总比的 40%,施工原因占 36%,勘察失误原因占 7%~8%。这足以说明合理的设计方案、成熟的施工技术,前期的勘察结果都对基坑工程的稳定性有影响。

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1.2 基坑工程的特征

基坑支护工程是基于结构力学、土力学、原位测试等学科的一门综合技术性学科。它不仅涉及土体的物理力学性质问题,土体与支护结构之间相互作用的问题也是需要考虑的,因此需要相当丰富的施工经验。从 20 世纪 60 年代开始,监测仪器开始应用于基坑工程,如今研究与实验中的大量可靠数据都源自此[5]。到 70 年代基坑工程的相关规范开始出现,用以指导施工人员开挖[6]。这些资料充分证明了基坑工程的设计与施工技术是需要相关的理论来指导和完善的。

而在我国 70 年代末之后,为了给基坑工程的设计与施工提供更多可靠经验,国家专门针对基坑支护设计制定了相关技术规范,这对行业的规范化起到了积极作用。近 10年来随着城市的发展,随之而来的高层建筑,地铁工程、地下多层商场和地下立体车库等地下工程不断增多的同时,基坑开挖深度越来越深,周边环境越来越复杂。根据相关资料显示,我国约 1/4 的基坑都出现过事故,这些都会造成资金浪费,往往还会造成人员伤亡。如果设计与施工过程处理不当或保护设施不合理,那么对我们造成的影响将是不可估量的,不仅会造成经济还会对我们的人身安全造成威胁。

基坑周边的土体会因为基坑开挖的缘故产生变形,比如发生竖向或水平位移,影响范围一般由基坑开挖深度决定。基坑围护结构外侧的土体由于水土压力和地面荷载的双重作用下,基坑支护结构受滑动推力影响不断向基坑内壁移动,导致基坑周边土体发生位移进而产生塑性变形。因此选择合适的基坑支护设计对基坑工程尤为重要,它起到了对基坑侧壁进行支档、加固、维持基坑周围稳定的作用,还有利于地下空间构造和基坑开挖的施工,避免额外的成本。综上所述,为了坑壁稳定性以及不影响邻近建筑物(构筑物)及管线安全,应选择合适的基坑支护。

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第 2 章 工程概况及工程地质条件


2.1.工程概况

桂林市某培训基地项目,具体位置位于七星路西侧,青岭路以北,(具体地理位置看下图 2.1),培训基地总建筑面积:22090.00 m2。

图 2.1 场地地理位置

图 2.1 场地地理位置

其高程介于 165.46 到 159.37 之间(开挖前将局部整平),±0.00 处的设计标高为161.80m,基坑底标高 149.80m,该工程基坑最大开挖深度为-12.0 m。因本次工程面积较大,难度较高,故此次研究只选取 AB 段部分基坑为研究对象,该段位于基坑的西北角。

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2.2 场地地层岩性条件

本次勘察的高程范围在 159.40m~165.50m,大概为七星路以西,青岭路以北。勘察查明,场地土层分布大致由第四系人工堆积成因的杂填土①、第四系全新统冲积成因的黏土②、含卵砾石粉质黏土③、下伏泥盆系上统融县组石灰岩④组成。各层情况具体描述见表 2.1。

表 2.1 地层划分及岩性特征

表 2.1 地层划分及岩性特征


对各个岩土层评价:

1、杂填土①:因进入拟建场地之前,对该场地进行了大量平整施工,该层主要由建筑垃圾组成。其成分混杂、土质不均且多孔隙结构松散,属于高压缩性土。由于承载力低且规律性差,在没有经过处理的情况下不适合作为天然地基持力层。

2、硬塑黏土②-1、硬塑含卵砾石粉质黏土③-1:相比杂填土而言,承载力要高,强度大,是场地良好地基土层,但容易分布不均匀,属于中压缩性土。

3、可塑黏土②-2、可塑含卵砾石粉质黏土③-2:属中压缩性土,承载力一般,强度适中,力学性能一般,但分布不均匀。

4、软塑含卵砾石粉质黏土③-3:高压缩性土,强度很低,力学性能很差,是场地的软弱下卧层,应加固处理。

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第 3 章 深基坑支护结构方案分析..................................... 17

3.1 基坑特点分析.........................................17

3.2 本工程的支护设计方案比选............................................ 17

3.3 双排桩支护结构的研究现状....................................... 20

第 4 章 支护结构的 FLAC-3D 数值模拟...............................35

4.1 FLAC-3D 软件简介.........................................35

4.2 FLAC-3D 计算原理................................................36

4.3 FLAC-3D 分析求解的基本流程.......................................36

第 5 章基坑监测.................................50

5.1 基坑监测现状与不足................................ 50

5.2 基坑工程的监测内容......................................... 50

5.3 基坑工程监测结果................................. 52


第 5 章基坑监测


5.1 基坑监测现状与不足

在我国,基坑监测技术主要通过长时间定期记录基坑位移实际数据比对监测项目的控制值,若累计位移值超过控制值时,及时上报给相关单位采取措施。但往往很多时候,基坑稳定的预警值很难去判断,施工单位接收了基坑变形的数据,无法全面地分析基坑动态变形,这显然不能满足工程的需求。

由于当前国内外深基坑支护的施工技术和理论指导还有待完善,其支护结构设计都是建立在一定假设条件下设计实施的,但在实际工程中往往因为复杂的地质情况及周边环境使得这些理论和技术遇见很多不可预见性的问题。而基坑监测是把控这些不可预见风险的最佳手段,堪比施工的眼睛[70],通过基坑监测所得到的土体位移的数据和影像,反映整个基坑工程施工过程中施工工况、支护结构和基坑周围环境的变化。

当发现异常时,专业测绘及岩土工程师对现场实际工况和监测数据进行分析总结,判断基坑支护及周边环境的稳定性,能及时发布预警避免发生人身及财产的损伤。

由于土体结构本身的复杂性,模拟模型很难精确地对其受力变形位移进行计算,因此在整个基坑开挖的过程中,基坑支护结构及周边环境都需要进行全面监测,以保证工程的安全性。

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第 6 章结论与展


6.1 结论

本文重点研究桂林市某培训基地基坑支护方案的选择与设计,根据支护方案的选择与设计,从 h 型桩的工程适应性出发,通过对该新型结构进行理论计算,数值模拟,将其分别对比实际监测数据分析等方法,分析了该结构的结构性能,可以得出以下几个结论:

1.虽然大多数双排桩要求等长设计,但往往实际情况影响因素众多,比如地下存在人防设施、地下商场或该区域岩面起伏过大等人为因素或自然因素,使得双排桩无法按等长来进行设计施工,因此对不等长的双排桩进行分析研究就变得很有必要。本工程因为遇到人防设施的情况,故选用 h 型双排桩进行支护,有关 h 型桩的受力分析研究,由于时间有限,本次研究还不是特别透彻,但根据目前收集的资料和实际监测数据,该项目采用 h 型双排桩支护设计与施工,不失为一个成功的案例,可作为相关案例的支护设计来研究。

2.我国在处理基坑边坡加固上的理论研究有很多,极限平衡法和有限差分法是这么多理论中最为常见的两种。本文分别通过同济启明星和 FLAC-3D 两种软件分别计算,发现这两种方法在基坑边坡稳定性分析方面,都能做出相对精准地分析。但相比启明星计算的差值 5.21mm 来看,数值模拟的差值 2.81mm 更为精确,这可能是由于数值模拟考虑后排桩悬臂段桩土间相互作用的结果。

3.传统的极限平衡法,虽然在对 h 型双排桩分析过程中存在一定的局限性,对实际工程中带来一些不确定因素,比如基坑位移的大小等。但通过在对 h 型桩计算中,传统的极限平衡法按照门架式双排桩模型计算,利用相应的修正值进行计算,与