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《天津大学》 2006年
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深基坑开挖有限元模拟及现场实测研究

宗金辉  
【摘要】: 目前,我国许多大城市都在建设和规划建设地下工程项目,相应地出现了大量的深基坑施工工程问题,而且基坑规模和深度都在不断加大,由此产生的城市环境岩土问题使地下结构的设计施工成为工程建设中的重点难点问题。 在天津地区地层软弱富水的复杂地质条件下,对地表建筑物林立,地下管网密布,道路交通拥挤的复杂工程条件而言,进行深大基坑施工的难度和风险极大,必须要保证施工安全和环境安全。因此,研究深大基坑的开挖、降水、支护体系的安全稳定性和周围土层移动的预测与治理是确保上述两个安全的关键。天津市铜锣湾广场基坑工程是典型的深大基坑工程实例,无论其深度和开挖范围在本地区都是不多见的。本文结合此实际工程背景进行了相关的研究和分析,在总结以往研究成果的基础上,针对基坑开挖过程中支护结构受力及坑周土体位移等进行了大型现场实测研究,并对实际工程分步开挖过程中土的应力场、渗流场、位移场以及支护体系受力和变形进行了有限元分析。本文的主要工作如下: 对天津市铜锣湾广场深基坑工程施工进行了现场实测,通过对其双环梁支撑体系内力和坑周土体深层位移的现场施工监测和数据结果分析,讨论了基坑开挖过程中大直径双环梁结构体系的受力特点以及对周围环境的影响,得到了基坑周边土体深层位移的变化规律。 对铜锣湾广场深基坑工程的双环梁支护体系进行了非线性有限元模拟,分析时把土体、围护桩和水平环梁支撑系统看成一个空间三维整体,同时考虑了围护结构与土体的相互作用,计算了各种开挖工况下的支护体系受力和变形情况。通过与现场实测数据的对比分析表明,该支护型式适合在本地区深大基坑工程中推广应用。 在基坑开挖分析中考虑应力场和渗流场的相互作用,对比了几种流固耦合的分析方法,同时考虑了基坑工程中开挖与降水的不同步问题。分析了基坑底部隆起、地表沉降、土体深层位移及孔隙水压力与墙体插入深度和止水帷幕渗透性的关系、开挖深度和周围土体及墙体位移的关系、开挖前期降水和打入桩基础对基底隆起和地表沉降的影响以及土体模量参数和开挖顺序对基坑受力和变形的影响。得到了基坑底部隆起、地表沉降、支护体系变形及孔隙水压力等主要物理要素在上述几种不同工况下的变化规律。 本文围绕分步开挖过程中深基坑支护体系与土体应力和变形进行了较深入的研究,通过将数值模拟与现场实测数据进行对比分析,结果表明,研究成果和测试数据基本吻合,说明文中研究成果是合理的,起到了施工超前预测、预
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