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黄土深基坑应力场的有限元分析

作　者: 冯远红
导　师: 刘增荣
学　校: 西北工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 黄土深基坑开挖变形浸湿过程有限元分析
分类号: TU432
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 236次
引　用: 2次
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内容摘要

黄土地区深基坑工程技术与理论研究尚处于起步阶段，因此如何对黄土地区深基坑开挖与支护过程进行模拟，对深基坑周围土体的压力、变形及支护结构的变形随基坑开挖过程所发生的变化进行计算与分析，对地表面的沉降和坑底的隆起、周围管线的变位进行预报则成为一个值得研究的课题。本论文题目拟为“黄土深基坑应力场的有限元分析”，目的在于对黄土地区深基坑开挖与支护过程进行模拟，对深基坑周围土体的压力、变形及支护结构的变形随基坑开挖过程所发生的变化进行计算与分析，从而为以变形控制为目的的深基坑支护设计提供理论基础。本文采用八结点四边形等参元来离散土体与围护结构，用有限元数值方法，对照实际工程，对黄土地区深基坑开挖与支护体系的各种性状进行了分析。所做工作主要有：对黄土深基坑分步开挖进行了非线性弹性有限元分析、弹塑性有限元分析及考虑增湿过程的弹塑性有限元分析。并分别编写了计算程序HTKWTX．f、HTKWSX．f及HTKWJS．f分析了陕西省信息大厦深基坑工程在开挖过程中体系的应力场及位移场演变情况，同时利用MATLAB语言将这些计算结果可视化。得出了不同应力状态下和不同开挖步骤时以及基坑周围土浸湿过程中黄土深基坑坑底及基坑周围地表的变形规律，所获得的结论对于黄土深基坑施工过程中周围土层及围护结构的变形预测，防止黄土深基坑事故的发生及周围环境的安全与地下管道的正常使用，指导黄土深基坑工程的实践具有一定的理论和实践参考价值。

全文目录

第一章绪论  8-22
  1.1 前言  8-9
  1.2 选题的目的及意义  9
  1.3 深基坑支护结构及数值分析的研究现状  9-21
    1.3.1 主要支护类别介绍  10-14
    1.3.2 支护结构革新  14
    1.3.3 深基坑工程中常见设计问题的研究  14-20
    1.3.4 深基坑数值分析的研究现状  20-21
  1.4 本文工作  21-22
第二章黄土性状分析  22-34
  2.1 黄土的基本特性  22-26
  2.2 黄土变形特性和变形参数  26-33
    2.2.1 黄土的应力-应变关系  26-30
    2.2.2 关于黄土变形模量和泊松比的探讨  30-33
  2.3 小结  33-34
第三章黄土深基坑开挖非线性弹性有限元分析  34-71
  3.1 黄土深基坑应力场有限元分析的计算模式  34-38
    3.1.1 基本假设  34-35
    3.1.2 深开挖的特点  35-38
  3.2 初始地应力场问题  38-40
  3.3 平面等参元  40-47
    3.3.1 应变-位移关系  41-43
    3.3.2 应力-应变矩阵  43
    3.3.3 单元劲度矩阵  43-45
    3.3.4 单元荷载列阵  45-47
  3.4 土体加卸荷过程中的应力-应变分析  47-50
    3.4.1 Duncan-Chang模型  47-48
    3.4.2 加卸载判定  48-49
    3.4.3 卸荷模量数取值的研究  49-50
  3.5 接触面单元  50-54
    3.5.1 Goodman单元  51-52
    3.5.2 薄层接触面单元  52-54
  3.6 与位移有关的土压力计算  54-57
    3.6.1 位移对土压力的影响规律  55
    3.6.2 考虑位移时的土压力计算公式  55-57
  3.7 支护结构的非线性土抗力分析法  57-61
    3.7.1 基本分析模型  57-58
    3.7.2 非线性地基土抗力  58-59
    3.7.3 非线性土压力  59-60
    3.7.4 施工过程模拟  60-61
  3.8 深基坑开挖与支护过程的分析  61-66
    3.8.1 开挖模拟  62-65
    3.8.2 土-结构相互作用模拟  65
    3.8.3 开挖速率对应力和位移的影响  65-66
  3.9 黄土深基坑非线性弹性有限元程序简介及框图  66-67
  3.10 工程实例与计算结果分析  67-70
    3.10.1 工程概况及其支护结构  67-68
    3.10.2 工程土质条件及各土层计算参数  68
    3.10.3 计算结果分析  68-70
  3.11 小结  70-71
第四章黄土深基坑的弹塑性有限元分析  71-96
  4.1 应力张量的分解和应力不变量  71-73
  4.2 屈服准则  73-76
    4.2.1 Mohr-Coulomb屈服准则  74-75
    4.2.2 Drucker-Prager屈服准则  75-76
  4.3 加卸载准则及弹塑性应力-应变模型  76-79
    4.3.1 加载与卸载准则  77
    4.3.2 Lade模型  77-79
  4.4 弹塑性增量有限元方法  79-85
    4.4.1 增量理论的弹塑性矩阵  79-81
    4.4.2 (?)的计算  81-82
    4.4.3 有效应力、有效应变和(?)的计算  82-85
  4.5 屈服面上的奇点  85
  4.6 应力和位移增量的数值计算方法  85-91
    4.6.1 变位增量  86
    4.6.2 试探应力  86-87
    4.6.3 比例因子  87-88
    4.6.4 塑性应力增量  88-89
    4.6.5 应力拉回屈服面  89-90
    4.6.6 计算步骤  90-91
  4.7 黄土深基坑开挖弹塑性有限元程序简介及框图  91-92
  4.8 工程实例与计算结果分析  92-95
    4.8.1 工程概况  92
    4.8.2 工程土质条件及各土层计算参数  92-93
    4.8.3 计算结果分析  93-95
  4.9 小结  95-96
第五章考虑浸湿过程的黄土深基坑弹塑性有限元分析  96-113
  5.1 黄土的结构特征  96-101
  5.2 黄土深基坑的浸湿水源分析  101-102
  5.3 减湿和增湿时黄土的变形特征  102-107
    5.3.1 减湿和增湿情况下的压缩试验  102-103
    5.3.2 黄土增湿时强度变化特征  103-105
    5.3.3 黄土增湿时所引起的参数变化  105-107
  5.4 浸湿时黄土深基坑弹塑性有限元程序简介及框图  107
  5.5 工程实例与计算结果分析  107-112
    5.5.1 工程概况  107
    5.5.2 工程土质条件及各土层计算参数  107
    5.5.3 计算结果分析  107-112
  5.6 小结  112-113
第六章结束语  113-115
  6.1 结论  113-114
  6.2 展望  114-115
致谢  115-116
参考文献  116-119

黄土深基坑应力场的有限元分析

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