基于渗流场理论的深基坑复合土钉支护数值模拟分析

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:gmwang2009
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复合土钉支护技术是在土钉的基础上与其他支护类型相结合发展起来的一种新型支护技术,弥补了传统土钉的不足,其应用范围日益广阔。国内外许多学者在此领域范围内进行了大量的研究,包括理论计算、设计方法、原位实验和室内试验模拟等等,取得了很有意义的成果。但是在深基坑开挖过程中,需大幅度降低基坑水位,巨大的水头差将使得土体孔隙中的水运动趋向激烈,从而影响到基坑支护结构的变形,本文针对此问题,进行了一下研究和分析:(1)综合介绍了复合土钉的国内外研究现状以及在未降水条件下和降水条件下的破坏机理及类型,对其现有的理论计算和设计方法进行了分析和总结。(2)探讨了降水时深基坑支护结构周围地下水渗流特征,依据支护结构与隔水层之间的位置关系将渗流特征分为三类,分别论述了这三类情况下支护结构周围地下水的渗流场的特征及数学模型的建立。(3)阐述了基坑降水时渗流场以及应力场计算模型的建立和参数的确定,全面概括了在渗流场和应力场耦合作用下的分析理论的分类以及渗流耦合分析时的计算模型和控制参数的确定,基于计算模型和参数的确定,进一步论述了基坑在各向异性渗流耦合分析的有限元方程,为后续的数值模拟奠定了基础。(4)利用岩土通用分析软件,合理选取土钉和锚杆单元,建立了未降水条件下和降水条件下两种模型进行了有限元数值模拟分析,对这两种条件下基坑的整体位移场、面板的水平位移、土钉的水平位移及竖向位移、土钉轴力随基坑开挖的变化趋势进行了分析和探讨,分析表明在由于降水的影响,产生了渗透体积力,进一步加大了支护结构的水平和竖向位移,然而对基坑底的隆起量影响较小,同时,滑移面并不一定通过基坑的角部,视土钉的支护情况而定。(5)建立渗流场与应力场耦合的有限元计算模型时考虑了支护结构、水和土体之间的相互作用问题,克服了传统计算方法将支护结构和土体作用分开考虑和不考虑土体渗透性随应力状态而变化的不足,使计算结果比较贴近土体和支护结构实际特性。在进行三个方面的分析时,只需要采用同一个固定单元网格,在整个耦合和迭代的过程中,网格的形式和计算区域始终是保持不变的,从而克服了传统变网格法带来的许多问题。总之,本文主要围绕基坑在未降水条件下和降水条件下的支护结构性能的研究,通过分析得出在降水条件下基坑的支护结构变形及整个基坑稳定性的变化情况,为后续的工作奠定了一定的基础。
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