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《西安建筑科技大学》 2001年
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高层建筑深基坑开挖三维弹性、弹塑性有限元分析

王进  
【摘要】:首先,本文从工程实际的需要和目前深基坑工程的研究现状出发,分析了弹性有限单元法 的基本理论及深基坑开挖有限元分析的基本原理及过程。 接着,将空间有限单元法用于深基坑性状的研究,研制了考虑基坑开挖的空间效应,模拟 施工过程的深基坑开挖的三维弹性、弹塑性有限元分析程序,该程序具有以下特点: (1)只需输入控制参数,可自动任意划分网格,自动进行单元及结点编号。 (2)对土体进行应力─应变分析,找出破坏点,从而进行支护。 (3)运用 Microsoft Fortran Powerstaion进行编辑、编译,极大地提高了效率。 (4)可用于分析基坑分布、分块开挖的情况。 最后,结合西安、北京、上海三个城市(具有不同地层及地质条件)的深基坑工程,用程序对 基坑工程的三维性状进行了较系统的分析,研究了深基坑开挖过程中土体的应力,水平位移, 基坑周围地表沉降,坑底隆起,基坑几何尺寸,基坑长宽比对土体的水平位移的影响及空间效 应,并分别进行弹性和弹塑性的分析,得到了以下主要结论: (1)基坑开挖具有较强的分步开挖效应,分步开挖效应大小与悬臂开挖部分的深度有较大 关系,由此还决定了地表沉降量的分布型式为“三角形”。(2)基坑开挖具有较强的空间效应,各 研究对象分别在基坑角点或中部剖面达到最小值或最大值。(3)基坑几何尺寸对基坑的性状影 响显著,基坑尺寸越小,其三维空间效应越显著,限制各研究对象作用越强。(4)随着基坑长宽 比的增大,各研究对象在横剖面上的分布曲线均逐步趋近于按二维平面应变的问题分析的结 果。(5)基坑工程的破坏主要是剪切破坏,往往破坏先发生在基坑底部边角处,基坑工程的破坏 也有拉裂破坏,但往往发生在边界处。(6)由对西安、北京、上海三个地区工程的分析判断,得出 西安地区基坑工程垂直开挖可进行3—8米而不破坏;北京地区基坑工程垂直开挖3—4米而 不破坏,而上海的软粘土地层开挖1—2米就破坏,必须边开挖边支护,且要选取适合其土性的 支护形式。(7)采用弹性理论计算结果基本能满足要求,从理论上讲采用弹塑性理论分析更合 理,但采用弹塑性理论时,计算参数难以确定,且计算时间较长,计算工作量较大,故在满足要 求的条件下,宜优先选用了弹性理论。 本文的独特之处在于对基坑工程进行分析时,末进行支护,完全针对土体本身的特性进行 空间三维性状分析,可找出破坏点及应力位移等的空间分布情况,对工程有实际意义。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TU473.2

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