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考虑土—结构相互作用的深基坑弹性地基有限元分析

应捷  
【摘要】: 深基坑工程是建筑工程的一部分,其发展与建筑业的发展密切相关。随着高层建筑的大批出现,对深基坑工程的要求越来越高,即对深基坑稳定和位移控制的要求很高。因此,就深基坑工程而言,既涉及土力学典型的强度与稳定问题,又包含了变形问题,同时还涉及到土与支护结构的相互作用。 本论文详细介绍了目前深基坑支护工程的理论研究现状,并且着重分析杆系有限元法的基本计算过程及其在深基坑支护结构中的计算步骤。同时,本文论述了弹性地基梁的计算理论和分析方法,深入讨论了弹性地基梁的各种计算模型,其中包括弹性理论模型、文克尔理论模型、用弹性柔线联结的弹簧系模型、双基床系数模型等。通过详实地分析建立在文克尔理论模型基础之上的弹性地基有限元法计算原理和实施过程,指出当前深基坑支护体系弹性地基有限元法的不足。及目前深基坑计算中普遍存在的土压力计算及分布问题,提出了考虑土-结构共同作用的分析方法,并以此建立了相应的土压力模式。在此基础之上总结出此模式与弹性地基有限元法相结合的计算方法,同时利用Fortran Power Station编写了实用的SJK程序,用于计算支护结构的内力与变形。以具体的工程地质条件为依据,对不同的支护条件下的计算结果进行分析,分别讨论了不同的基坑开挖深度、支护结构刚度、支撑位置及支撑刚度对内力和变形的影响,得出了较为符合实际的分析结果。同时,本文也针对多支撑支护结构施工时,存在的分步开挖的情况,结合本论文所提考虑土-结构共同作用的分析方法及荷载增量法理论,对多支撑支护结构在开挖过程中各工况进行了简要分析,并与实测结果进行了比较分析。 通过分析计算可以得出,在基坑支护过程中,土压力的大小在静止土压力值的基础上随支护结构向坑内侧位移增大而减小;土压力的分布由静止土压力的三角形分布随支护结构位移变化成其它分布;由土-结构共同作用模式引入随土体位移变化的水平向基床系数,使支护结构在开挖面以上部分同以下部分一样,均可采用弹性地基有限元法进行计算,得出更为合理的计算结果。


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