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深基坑工程渗流与变形分析

高福华  
【摘要】: 在深基坑开挖过程中,需大幅度降低基坑水位,巨大的水头差将使得土体孔隙中的水运动趋向激烈,从而影响到基坑支护结构的变形,并由此对较大范围内的邻近地段的安全产生影响。因此要解决深基坑开挖变形稳定性问题,就应重视地下水流在孔隙介质中产生的渗透体积力。本文针对这一问题,具体做了以下内容: 1.简要介绍了目前基坑工程的发展现状,主要存在的问题和常用的研究手段及计算方法,指出针对基坑降水引起的渗流问题和基坑变形问题利用有限元计算的优越性。 2.以四结点等参元为例,推导了二维问题的非恒定渗流和恒定渗流的有限元格式,并编制了相应的程序,讨论了编程中的各种边界条件,包括自由面的处理方法等,重点论述了基坑渗流场的特性。 3.阐述了基坑开挖模拟的有限元基本理论,确定计算模型及施工模拟方法。包括二维问题的简化、土体的本构模型,即邓肯-张双曲线本构模型、初始地应力场的计算方法、基坑开挖等效结点荷载模拟、基本方程的非线性解法、内支撑及预加轴力的有限元处理等,并编制了模拟基坑开挖的有限元程序。 4.对南京地铁珠江路站基坑进行有限元分析,得出考虑渗流、不考虑渗流(静水压力)和干化-渗流相互作用三种工况下基坑变形规律。同时也得出了每级降水引起的渗流力分布规律。 5.研究了包括挡墙和支撑两个方面在内的支护体系对基坑变形的影响。 6.总结出土质为一般粘性土,钢支撑支护体系,考虑渗流作用的条件下最大沉降量与最大水平位移的比值。


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