【硕士】软土地层地铁车站深基坑开挖围护结构稳定性数值模拟分析【2005】

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内容简介

　　学科专业：桥梁与隧道工程　　授予学位：工学硕士　　学位授予单位：西南交通大学　　学位年度： 2005年　　21世纪是地下空间开发的世纪，也是迎来岩土工程开发第四次高潮的世纪[1，2]。岩土工程高潮的特征是改善城市环境，保护自然生态环境。为了达到这一目标，城市地下空间的开发是未来城市发展势不可挡的趋势。与此相关，将涌现出大量的与城市地下空间开发相关的岩土工程技术问题需要解决。大型深基坑工程是城市地下工程的重要组成部分。在深基坑工程的施工中，基坑的稳定性一直是最为关注的问题之一。在稳定性的问题中，围护结构的稳定性是基坑稳定性的重要组成部分。 　　基坑围护结构的稳定性是比较复杂问题，影响因素较多。如何判断基坑围护结构失稳是研究围护结构稳定性所需要解决的首要问题：其次，支撑通过为围护结构提供支撑力，限制了围护结构的变形，增强了基坑的稳定性。合理的支撑力范围为支撑和围护结构的合理设计提供了依据；再次，影响基坑围护结构稳定性的因素很多，基坑周围土层的物理力学参数，支撑自身的刚度，支撑上预应力施加的大小，围护墙体插入土层的深度等等，这些因素对于基坑的稳定性影响程度如何，如何确定合理的支护参数从而保证基坑的稳定，又能节约造价。这些问题的解决都需要较为系统的研究。文中紧密结合天津地铁十一径车站深基坑工程实际工程背景，进行了相关问题研究。　　怎样准确的模拟基坑开挖的全过程是稳定性研究的先决问题，因此，文中首先对这个问题进行了详细的研究。基坑开挖全过程数值模拟研究包括：围护墙体的模拟，支撑预应力的模拟，基坑围护结构和周围土体相互作用的模拟，开挖的模拟等等。利用有限差分法对天津地铁十一径车站基坑工程开挖过程进行了弹塑性模拟。　　要研究支撑的稳定性，应该对基坑的稳定性有准确的定义。文中将基坑的稳定性分为两种。一种是结构稳定性；另一种是正常使用稳定性。第一种稳定性对应于基坑围护结构的承载力极限状态；第二种稳定性对应于基坑围护结构的正常使用极限状态。　　支撑提供支撑力的大小直接影响了基坑开挖的稳定性。文中抛开支撑的形式，抽象出了基坑开挖的力学模型。研究了在不同支撑力作用下，基坑的稳定状况。通过分析比较，得出了合理支撑力的范围。　　钢管支撑是一种普遍的支撑形式。使用这种支撑形式的基坑最容易出现的基坑失稳形式为由于支撑力的不足而引起的基坑失稳。文中针对这种失稳形式并且结合天津地铁十一径车站工程实际，分析了钢管支撑基坑的稳定性。基于VB高级计算机语言和有限差分法程序凡AC3D开发了钢管支撑稳定判别程序。该程序可以自动识别支撑失稳，并且模拟基坑失稳的全过程。文中利用该程序对不同支撑层数的基坑进行稳定性分析。得出了最佳的支撑层数。　　由于基坑施工过程是一个较为复杂的过程，影响基坑稳定性的因素有很多，通过数值模拟计算得出了几个主要的因素对基坑稳定性的影响。　　上述的研究，从一个较为新的角度去分析了基坑的稳定性。所提出的基坑两种稳定性的定义对以后基坑稳定性研究有积极的意义。文中通过计算而得出的合理支撑层数，合理支撑力范围，合理预应力大小等设计参数为以后类似基坑工程的设计有借鉴作用。文中所编制的基坑稳定性判别程序为以后判别基坑失稳提供了新的思路。　　

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