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原文传递大型深基坑支护结构力学特性研究

论文题名：	大型深基坑支护结构力学特性研究
关键词：	深基坑;数值模拟;支护结构;力学特性
摘要：	近年来随着我国基础建设的飞速发展，越来越多的高层建筑和地下轨道交通集中在城市中心区域，由此产生大量的深基坑工程。由于城市中心建筑物密集、场地狭窄、施工周边环境极其复杂，从而增加了基坑支护的难度，对基坑支护的安全性要求也更加严格。深基坑施工安全与其支护结构形式密切相关，研究支护结构的力学特性，保证基坑工程施工安全，逐渐成为工程界研究的热点问题之一。排桩-内支撑是20世纪80年代开始应用及发展起来的一种新型支护结构形式，因其具有施工方便、投入少、工期短、变形控制强等众多优点，已然成为深基坑支护的首选方案，尤其是在软土地质条件下的应用。本文依托工程处在典型的软土地区，武汉地区处长江中下游河段，由于水流分选作用，由上到下沉积颗粒由粗到细，河漫滩相具有典型的相变规律在长江沉积碎屑搬运水力条件和两岸洪泛区、湖泊和河塘等沉积环境的更替作用下，在一级阶地上形成了一套第四系全新统河湖相冲积层，具有典型的软弱粘土层与下伏砂土层构成的二元地质结构，这种地层基坑事故率高。然而基坑理论研究严重滞后于工程实践，排桩-内支撑支护结构的受力特征、约束状况、变形强度特性以及稳定性影响因素等诸多方面都有待进一步深入研究。　　本文以长江一级阶地典型软弱粘土层下伏砂土二元地质环境下建筑深基坑排桩-内支撑支护结构为研究对象，以武汉长江传媒大厦基坑工程为依托，重点研究排桩-内支撑支护结构的力学特性及其影响因素。首先通过查阅文献，掌握基坑工程研究现状与存在的问题；采用ANSYS、天汉（V2005）软件，建立土体-支护桩-内支撑计算模型，分析土压力分布，支护结构受力、变形和破坏特征；研究依托工程的监控方案并予以实施；通过理论计算与实测结果对比分析，明确了排桩-内支撑支护结构力学特性，破坏特征及影响因素，提出了支护结构优化设计方案，完善了相应的理论成果，为类似工程的设计计算提供参考。主要研究内容及结论如下：　　（1）研究长江一级阶地二元地质环境下深基坑排桩-内支撑支护结构的结构特征、土压力分布模式，为建立数值计算模型，制定施工安全监控方案提供理论指导。　　（2）支撑内力与其边界约束条件和其周边围压分布模式密切相关，基于天汉（V2005）软件，建立内支撑平面计算模型，分析不同约束、不同围压分布对支撑内力、变形的影响及破坏特征，为优化内支撑设计提供参考。　　（3）基于ANSYS软件平台，建立了排桩-支撑-土体共同作用有限元计算模型，实现基坑开挖过程模拟，对周围土压力、排桩内力、支撑内力等进行定量分析。得出随着基坑开挖深度增大，支护桩水平位移、弯矩和剪力均明显增大，开挖至设计标高时，各指标值达到最大值，并趋于稳定；内支撑轴力随开挖深度增大亦呈现相同变化规律的结论。　　（4）设计了长江传媒大厦深基坑工程监控方案，重点对支护桩内力、内支撑、周边土体等进行施工监测。监测结果表明，支护桩弯矩、水平位移值随基坑开挖加深而逐渐增大；支撑轴力随开挖加深而增大，并趋于稳定；支护桩和内支撑监测值未超过警戒值。既保障了施工安全，也为地方规范修订积累了数据。　　（5）理论计算与监测成果分析表明，内支撑、支护桩及土压力等各项力学指标监测数据与数值计算结果吻合较好。通过监测与数值计算结果对比反演分析表明，在典型二元地质环境中深基坑排桩-内支撑支护结构周边土压力近似三角形分布、内支撑平面上三角形+矩形组合围压分布模式与本工程实际最吻合。　　（6）利用土体-支护桩-内支撑共同作用模型分析影响支护桩位移及土体位移的主要因素，为进一步优化支护桩设计提供理论依据，武汉长江传媒大厦深基坑工程排桩-混凝土内支撑的成功应用，确保了基坑本身及周围建筑物、道路的安全，具有一定的社会经济效益和现实意义，为今后在类似地质环境深基坑工程施工积累了经验。
作者：	段鑫
专业：	结构工程
导师：	李元松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉工程大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文