深基坑开挖与支护的模型试验与ANSYS分析研究

【摘要】：深基坑开挖与支护是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题,随着高层建筑物和高耸构筑物的不断兴建和发展,深基坑开挖支护技术的应用和研究日益重要,国内外很多学者在本领域进行了大量的研究,包括理论计算、设计方法、原位实测、室内模型试验等都取得了很多有意义的成果。但是,由于深基坑支护工程的复杂性和不确定性,该领域尚有许多值得继续研究和不断完善的工作。 根据国内外深基坑支护工程的研究动态和工程实际需要,本文在总结已有研究成果的基础上,设计并制作了一套室内模型试验装置,较好地解决了模型试验中的小量程土压力测试、模型板减摩阻力、止砂等关键问题,完成了对标准砂的模型试验,并对试验结果作了分析研究。建立了有限元计算模型,运用ANSYS程序对模型试验相对尺寸进行了预分析,提出了模型箱相内各部分相对尺寸建议值。最后,由该程序计算并分析了深基坑开挖与支护的地表沉降、土体位移、土压力、应力分布和锚固力影响等规律,计算结果与模型试验结果吻合,互相证实了该模型试验和ANSYS程序应用的可行性、适用性和正确性,对深基坑支护工程的设计和施工具有重要的指导意义和实用价值。 本文主要工作和结论包括: (1) 设计并制作了板桩墙支护模型试验装置,主要包括:具有试验操作方便特点并配备砂样提升机、砂样装填装置的模型试验架;满足试验观测和强度要求的钢结构框架钢化夹胶玻璃板制成的模型箱;由多层复合材料制作的内置土压力传感器的刚性支护结构模型板等。 (2) 成功地解决了支护结构在无侧摩擦阻力条件下的自由移动和漏砂的矛盾问题。设计并制作了模型板侧边的弹簧—滚珠接触装置,既确保了支护结构模型板与模型箱之间的有效接触,又使模型板侧内镶嵌的滚珠在模型箱壁的滑动大大减小了二者间的摩擦阻力,从而较好地满足了支护结构在土压力作用下位移在无侧摩擦阻力条件下的自由移动。巧妙地运用试验砂自身的重量成功止砂,在模型板侧边缘,利用砂自身重量将止砂条带(或称止砂膜)贴压在箱壁上,从而将缝隙堵住,很好地阻止了开挖侧漏砂现象的发生,使得模型试验能够顺利实现。 (3) 根据悬臂式板桩墙支护模型试验,得到了支护侧地表沉降和地表下土