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基坑开挖的空间效应及土压力研究

赵静力  
【摘要】:深基坑及其支护结构是一个空间体系,近年来,关于基坑空间效应的研究一直是工程界和学术界十分关注的课题。本文运用有限元分析软件ANSYS建立三维数值模型,对无支护、悬臂桩支护基坑开挖过程,基坑侧移空间分布规律和土压力进行了较为全面的分析。 首先,在无支护结构情况下,对基坑的分层开挖过程进行了数值模拟。分析了随开挖过程基坑侧向位移在水平和深度方向的分布规律,探讨了基坑坑角(90度、120度、150度、180度及阳角90度)对基坑位移分布的影响、以及坑角由阴角变至阳角时基坑空间效应的影响范围。另外,将无支护基坑侧移的分布用补余误差函数进行描述,并将有限元计算结果和函数结果进行了对比分析。 其次,以矩形基坑悬臂排桩支护结构为研究对象,运用数值模拟,分析了基坑的分步开挖过程,研究了基坑侧向位移的空间分布特征及桩身的弯矩分布、以及墙后地表沉降的分布规律及影响范围。最后,对采用补余误差函数描述悬臂排桩基坑侧移的合理性进行了探讨。 另外,基于考虑位移的朗肯土压力计算方法,利用悬臂排桩支护结构中桩水平位移的计算结果,反推桩身的土压力,并将基坑角部桩的土压力、中部的桩土压力、主动土压力及静止土压力进行比较,分析了支护结构上实际土压力分布及其所对应的状态。 最后,采用有限元软件ANSYS对邯郸市某双排桩支护结构的开挖和支护过程进行三维模拟,对开挖过程中基坑的位移场变化及桩的内力进行分析,并将计算结果和实测结果对比,验证了计算模型的合理性和实用性。


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