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考虑土体不同强度与变形参数及基坑支护空间影响的基坑支护变形与内力研究

刘畅  
【摘要】: 目前天津滨海新区正在和将要进行大力开发和建设,针对软土基坑开挖中的关键性问题,结合目前基坑工程研究现状,本文主要进行以下几方面的工作: 总结了基坑开挖中土体应力路径,采用薄壁取土器取得天津滨海新区淤泥质软粘土土样,按照不同的卸荷应力比进行K 0固结应力路径试验,分析了基坑开挖不同卸荷应力路径下土体的变形特性,归纳了土体初始卸荷模量的计算公式,并给出了不同卸荷应力路径的初始卸荷模量值。结合天津滨海新区某基坑工程,对基坑开挖影响范围内软土层进行了常规三轴试验和考虑应力路径的K 0固结卸荷试验,对比分析了不同固结压力和应力路径条件下土体的抗剪强度指标的不同,探讨了应力路径对天津滨海新区软粘土强度特性的影响。 根据三轴试验结果,选用硬化土体模型进行有限元分析,分析了各模量参数取值对有限元计算结果的影响;结合天津开发区某深基坑工程,进行了硬化土体模型模量参数测定,试图找到硬化土体模量参数与压缩模量的关系;对土样进行了直剪固结快剪试验、常规三轴固结不排水剪和K 0固结卸荷不排水剪试验,应用不同强度指标及模量参数试验结果对工程进行有限元模拟,对比分析了不同强度指标对工程有限元计算结果的影响,并与工程实测结果进行了对比。 探讨反压土与支护结构相互作用的机理,采用有限元计算分析了反压土宽度、坡度、高度等截面特性对支护结构位移和内力的影响规律,找到了最优截面参数与基坑开挖深度等的关系,以此为依据给出了反压土与支护结构相互作用的弹性抗力法简化计算方法,以弹簧来模拟反压土的作用,并给出了弹簧刚度的确定方法。并运用本文提出的简化计算方法对一个离心模型试验和两个典型工程实例进行了模拟,并与有限元和实测结果进行了对比分析。 在对支护结构土压力计算理论与方法研究现状进行充分了解的基础上,建立考虑支护结构变形对土压力影响的线性和非线性土压力的计算公式,并编制了有限元软件,首次对比分析了线性、非线性(三角函数法、双曲线法)主动区土压力模型对支护结构内力、变形和土压力分布的影响差异,探讨了参数取值的影响。在对基坑支护平面分析的基础上,编制了一套引入线性及非线性土压力的空间计算软件,并编制了强大的前后处理程序,运用该软件对存在深、浅不同挖深的基坑及某工程实例进行了计算和分析。得到了可供工程借鉴的结论。


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