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坑内预留土体对桩锚支护结构的作用效应研究

马珍珍  
【摘要】:近年来,坑内预留土体在基坑工程中的应用日益广泛。坑内预留土体系指,在基坑开挖施工中,先挖除基坑中部土体而暂时保留基坑侧壁附近的土体,待中部开挖至底部后施工地下结构,当地下结构施工到设计标高并达到一定强度后,分阶段挖除支护结构前预留土体。目前,对于坑内预留土体的工程应用,国内外学术界已开展了许多研究和探讨,但至今未能合理确定坑内预留土体的作用效应,在一定程度上束缚了预留土体支护技术的推广应用。因此,开展预留土体作用效应研究具有重要的工程实践意义和理论意义。本文首先利用ABAQUS有限元分析软件建立了预留土体作用下桩锚支护结构的计算模型,揭示了坑内预留土体对桩锚支护结构受力性状的影响,并在此基础上,进一步讨论了坑内预留土体几何参数的影响规律,最后结合桩锚支护结构的受力响应特点,推导建立了预留土体作用下桩锚支护结构受力变形的计算方法。主要完成的工作包括以下几个方面:(1)利用ABAQUS有限元软件建立桩锚支护结构的三维有限元模型,并在基坑开挖过程的动态仿真模拟中实现对坑内预留土体的设置,通过坑内有限预留土体与半无限土体对桩锚支护结构影响的对比分析,揭示了坑内预留土体对桩锚支护结构的作用效应;(2)基于单因素分析法,分析坑内有限预留土体几何参数(宽度、高度和坡度)变化的影响规律,并通过对预留土体各几何参数影响程度的对比分析,讨论坑内预留土体几何参数的优化设计,给出较优几何尺寸;(3)根据坑内有预留土体时桩锚支护结构受力特点,基于简化弹性抗力法和三参数winkler弹性地基梁模型,推导建立了桩锚支护结构的受力响应微分控制方程,并通过桩身离散和矩阵传递法给出了支护桩受力响应的半解析解答,并与数值计算结果的对比,验证了该理论计算方法的可行性;(4)通过数值模拟和理论分析,得出在桩锚支护结构前预留土体,其可作为支护结构的一部分,与桩锚支护结构协调工作共同维护基坑稳定的结论。


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