深基坑桩锚支护内力与变形分析方法及试验研究

题名	深基坑桩锚支护内力与变形分析方法及试验研究
作者	李元勋
导师	朱彦鹏 ; 何忠茂
答辩日期	2016
学位名称	博士
关键词	深基坑桩锚支护结构土-结构相互作用土体损伤地表沉降整体稳定性预应力锚杆
摘要	在已有深基坑工程应用中,桩锚支护结构因其具有受力性能良好、结构稳定性好且经济效益显著等特点,是目前经常采用的主要支护结构型式。现有深基坑桩锚支护结构理论研究远远落后于工程实践,是引起基坑工程事故发生的主要原因之一,且存在以下几方面问题:其一,桩锚支护结构内力与位移计算中,土压力计算是重点,大多都没有充分考虑支护结构所产生的位移对土压力的影响;其二,深基坑坑外地表沉降分析计算中,通常假定土体是理想的原状土。事实上,基坑开挖过程中伴随着土体的损伤,所支护土体并不是理想的原状土,而是原状土与损伤土的组合体,已有相关研究中用无损材料的本构关系来描述损伤材料的力学性能显然是不合理的;其三,深基坑桩锚支护结构整体稳定性分析中,现有的一些分析设计软件,无法体现锚杆预应力对基坑边坡的加固作用,且已有诸多研究是基于预应力锚杆或基坑稳定性的,对锚杆预应力与基坑稳定性之间的相互影响、相互作用的系统研究并不多见。因此,本文试图通过理论分析、数值模拟、现场试验及监测等方法对以上存在的问题进行分析研究,完成的工作及取得的主要成果如下:(1)依据Winkler模型将土体-桩的相互作用及锚杆用弹簧等效,建立了桩锚支护结构的整体平衡非线性方程组,并运用混合法计算求解,建立了桩锚支护结构内力与位移计算的混合法模型。采用实际工程算例,将数值计算与试验实测结果对比表明:该方法能较好地反映基坑开挖过程中支护结构与土压力之间的相互作用关系。能与桩身实测弯矩变化曲线较好地吻合,且较软件数值计算结果更接近于桩身实测结果,说明此方法是合理的、可行的。(2)在地表沉降计算中考虑土体损伤的影响,建立了土体损伤模型、损伤演变方程及土体损伤本构关系,运用地层损失法原理,给出了位移土压力作用下考虑土体损伤的深基坑桩锚支护结构地表沉降计算方法。与数值模拟及实际监测结果对比验证,说明土体损伤对坑外地表沉降的影响较为明显,使得土体沉降量增大且沉降区域向基坑方向移动。另外,坑外超载使地表沉降量有较大的增加,最大沉降点位置朝基坑方向明显移动。在深基坑地表沉降计算分析中正确考虑土体损伤及坑外超载的影响是必要的。通过工程实例验证了文中方法的正确性、可靠性。(3)引入附加应力法,将施加于锚杆上的预应力等效为土体中的附加应力,建立了考虑预应力作用的深基坑桩锚支护结构整体稳定性计算模型,推导计算公式。对比分析得知,PLAXIS软件、理正软件及《基坑规程》方法均不能体现预应力的变化对稳定性安全系数的影响,而文中方法计算结果表明,随着锚杆预应力的不断增大,基坑整体稳定性安全系数也逐渐增大,较好地体现了预应力的作用。另外,锚杆对基坑边坡整体稳定性的贡献极为重要,尤其对锚杆施加预应力后,基坑整体稳定性安全系数得到较大的提高。(4)通过实际工程,设计试验方案,对深基坑桩锚支护中锚杆内力、支护桩内力及桩顶水平位移变化规律进行了试验分析研究,得出实际施工过程中桩锚支护结构的内力变化规律,并将文中方法计算结果与试验实测结果相对比,分析两者差异的原因,进一步验证了文中方法的正确性、合理性、可靠性等。(5)对深基坑实际施工过程中坑外地表沉降进行了现场监测,分析变化规律得知:地表沉降主要发生在基坑开挖的中后期。随着基坑的不断开挖,坑外地表沉降范围不断扩大,且最大沉降点位置逐渐远离基坑边移动,沉降最大值也不断增大。开挖完成一定时间内,坑外地表沉降量继续增大,但增长速率大大减小,直至底板施工完成后趋于稳定;锚杆的预应力对坑外地表沉降起到良好的控制作用,约束了土体位移的增大,尤其对坑边一定范围内的土体沉降有较好的控制。
页数	187
URL	查看原文
语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TU753
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/89854
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	李元勋. 深基坑桩锚支护内力与变形分析方法及试验研究[D],2016.