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深基坑施工时间效应数值模拟及分析

作　者: 吴渤昕
导　师: 严驰
学　校: 天津大学
专　业: 岩土工程
关键词: 软土基坑固结流变有限元时间效应 FLAC 渗流
分类号: TU753
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在开挖深大基坑时,开挖中围护结构位移、结构体的外荷载和内力等会随基坑施工时间的增长而变化,呈现出明显的流变效应。同时基坑开挖会引起土体卸载,而超静孔压的消散会导致固结效应的产生。此两种效应是基坑工程时间效应的体现。而基坑变形、内力等条件也跟基坑的形状、尺寸密不可分,随基坑的深度、开挖深度以及平面位置等因素有关,这就是基坑的空间效应。本文对基坑时间效应和空间效应的研究,分析基坑时空效应下基坑变化规律,运用FLAC程序作为模拟工具,将平面问题有限元法用于基坑性状的研究,该程序考虑土的流变与固结耦合作用、土与支档结构的相互作用等还有模拟复杂的施工过程。该程序采用了显式计算模式,更加合理的渗流计算方法,尤其是对大变形计算模式的适用。引入线弹性本构关系、摩尔—库伦非线弹性本构关系、考虑应力路径的非线性弹性本构关系等本构模型。并在挡土墙和土体之间加设接触面单元以模拟土体和墙体在开挖过程中可能产生的滑移,更加接近现实情况。利用此程序分析了深基坑降水、开挖过程中超静孔压的消散、墙后地表沉降、坑底土体隆起、作用在墙体前后的土压力的发展变化规律;并且考虑了固结效应和流变与固结耦合时对基坑性状的影响。最后结合天津市和记黄埔深基坑开挖工程实例,采用现场数据进行数值模拟,研究不同情况下的(降水和开挖等)基坑变化趋势,指导实际工程的设计。说明该程序可以描述软土地区基坑的时间效应现象。另外,还对基坑的时间效应进行了分析预测。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
第一章绪论  6-12
  1.1 概述  6
  1.2 深基坑工程研究现状  6-9
    1.2.1 近年来深基坑研究现状  6-7
    1.2.2 有限元方法的发展  7-8
    1.2.3 深基坑渗流及应力耦合现状  8-9
    1.2.4 天津地区地质条件  9
  1.3 本文主要研究问题和研究路线  9-12
    1.3.1 主要研究问题  9-10
    1.3.2 研究目的  10-12
第二章 FLAC 有限差分法及计算模型  12-29
  2.1 FLAC 简介  12-15
    2.1.1 概述  12
    2.1.2 FLAC 3D的优缺点  12-13
    2.1.3 FLAC 理论构成  13-15
  2.2 模型建立  15-27
    2.2.1 建立几何模型  15-16
    2.2.2 土的本构模型的选择  16-20
    2.2.3 固流-耦合计算  20-23
    2.2.4 土体参数确定  23-24
    2.2.5 接触面  24-26
    2.2.6 降水井  26
    2.2.7 边界条件  26-27
  2.3 模型施工过程模拟  27-28
    2.3.1 生成初始应力场  27-28
    2.3.2 降水  28
    2.3.3 开挖  28
  2.4 本章小结  28-29
第三章考虑时间和空间效应对基坑的影响  29-47
  3.1 概述  29
  3.2 深基坑计算土压力的时空效应  29-36
    3.2.1 计算主动土压力  29-31
    3.2.2 考虑时空效应的被动区土体等效水平抗力系数的计算  31-34
    3.2.3 算例模拟  34-36
  3.3 考虑空间效应和时间效应的渗流场的求解  36-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章工程实例的有限元计算及结果分析  47-66
  4.1 概述  47-50
    4.1.1 工程概况  47-48
    4.1.2 地质概况  48-49
    4.1.3 支护结构设计  49-50
  4.2 施工模拟  50-65
    4.2.1 基坑降水时空效应分析  51-59
    4.2.2 降水后土体的渗流和流变的时效作用  59-62
    4.2.3 开挖施工后的渗流和流变的时效作用  62-65
  4.3 本章小结  65-66
第五章总结与展望  66-67
参考文献  67-70
发表论文和参加科研情况说明  70-71
致谢  71

深基坑施工时间效应数值模拟及分析

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