深基坑开挖模拟与支护设计(基于FLAC3D)本科毕业论文答辩

《深基坑开挖模拟与支护设计(基于FLAC3D)本科毕业论文答辩》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

本科生毕业论文（设计）题目：基于FLAC3D的深基坑开挖模拟与支护设计姓名：XXX学号：XXXXXXXXX院系：工程学院专业：工程地质指导教师：XXX职务：教授评阅教师：XXX职务：教授2010年6月 目录第一章本文选题思路第二章工程概况与场地工程地质条件第三章A-OPQRSA段基坑支护结构设计第四章基于FLAC3D基坑开挖模拟分析第五章结论与问题 图1设计流程图 第二章工程概况与场地工程地质条件第一节：工程概况武汉市万达广场深基坑工程位于武汉市江汉区，地块范围东临新华下路，西邻新华西路，南侧为规划道路、武汉新闻出版局，北侧为马场公寓。本场地基坑分为A、B基坑两块，A、B基坑呈“吕”字型分布，总占地面积约57000m2。A基坑为大商业部分，其地下二层主楼的承台底标高-12.6m（电梯井-15.0m），商业部分底标高-12.4m(电梯井-13.5m)；B基坑为住宅部分，其主楼承台底标高-11.25m，分布于基坑四周。本次设计选取A基坑OPQRSA段进行支护结构设计与FLAC3D数值模拟。表2-1A-OPQRSA设计开挖深度表段号地面标高坑底标高开挖深度A-OPQRSA20.7m9.9m10.8m 图2-1万达广场基坑平面布置图 第二节场地工程地质条件2.1基坑周边环境2.2场地地形地貌2.3设计涉及地层概况2.4场地水文地质条件2.5场地地震效应2.6场地岩土工程评价 图2-1涉及土层剖面图 第三章A-OPQRSA段基坑支护结构设计第一节设计依据（1）武汉市新华西路万达广场平面图（2）武汉市新华西路万达广场地下一层、二层平面图（3）《基坑工程技术规范（湖北）》（4）《建筑基坑技术支护规范》（5）《基础工程学》（6）《土力学》（7）《混凝土结构》 第二节设计参数土层名称γKN/M3CkpaΨ（。）层厚（m）杂填土18.08181.6粘土18.01880.9淤泥质粉质粘土17.01059.3粉质粘土17.316112.7粉砂19.20277.6粉细砂19.70338.3表3-1土层基本参数取值表 第三节A-OPQRSA段基坑支护方案选择分段号开挖深度本段特点选择围护方案A-OPQRSA10.8m坑外为现场施工道路；分布较厚的淤泥质土；有较开阔的放坡空间；开挖深度较深；A、上部放坡卸载；B、支护桩+混凝土内支撑；C、坑壁采用粉喷桩止水；D、坑底采用降水井降水； 图3-1A-OPQRSA段支护体系布置剖面图 第五节A-OPQRSA段基坑支护桩设计3.5.1土压力计算计算方法：朗肯土压力理论主动土压力计算：其中：被动土压力计算：其中： 图3-2土压力计算分布图 3.5.2计算支护桩桩长、内支撑力和最大弯矩图3-3计算简化图计算思路：设支护桩深入粉砂层的深度将主动土压力对A点求矩：将被动土压力对A点求矩：由解关于x的三次方程，则，桩长： 设内支撑力为则主动土压力为被动土压力则：设最大弯矩，设桩顶以下深度为处剪力为零则对处求水平力的平衡，求得内支撑力再对处求力矩，得到：因为桩间距为1.2m，在根据《建筑基坑支护技术方案》，一级基坑乘以重要性系数1.10则最大弯矩取值为：根据《基坑工程技术规范（湖北）》规定一级基坑应该乘以分项系数1.35，则最后弯矩取值为： 3.5.3配筋计算支护桩所承受的最大弯矩荷载确定以后，可按照偏心受压构件计算桩身配筋。具体计算步骤：当桩轴向力设计值为零时，设受压区混凝土截面面积的圆心角与的比值为а，则：设设桩截面的弯矩设计值，则验算需满足： 通过excel表格计算解三次方程组，得到：设配Ф28的钢筋为n根，则：验算最小最小配筋率均满足要求，则配筋方案为：主筋采用26Ф28HRB335，均匀圆周布置，保护层厚度50mm，配Ф8@200的螺旋箍筋，Ф16@200的定位筋。 第四章基于FLAC3D基坑开挖模拟土层名称ρcψukG层厚杂填土1834.98180.337.804.001.6粘土1834.91880.335.082.190.9淤泥质粘土1732.91050.354.082.689.3粉质粘土1763.516110.35.403.302.7粉砂1957.20270.36.604.807.6第一节模拟参数取值表4-1FLAC3D模拟计算参数取值表 图4-1模拟土层分布图 第二节初始应力计算图4-2初始平衡计算的z方向应力图 图4-3初始平衡计算孔隙水压力图 图4-4初始平衡计算中最大部平衡力监测图 图4-5建模完成后基坑剖面图 第三节计算结果分析图4-6基坑开挖后水平方向位移云图4.3.1位移云图 分析：图中可以看出x方向的最大位移发生在开挖坡脚深部地基中，在桩顶的x方向的位移也很大，其中左壁桩单元没有进行预应力锚索加固，在x方向产生较大位移，最大达到7.5cm。而相比之下，右壁进行了预应力锚索加固，x方向的最大位移量控制在2.5cm左右，已经符合《湖北省基坑设计规范》中预应力锚索加固桩顶的水平向位移小于40mm的要求。 图4-7基坑开挖后z方向的位移云图 分析：z方向的最大位移发生在左侧施工道路上，最大沉降量已经达到了40cm左右，显然基坑左壁没有进行预应力锚索加固，已经发生了塑性破坏，基坑右壁施工道路的沉降量为10cm左右（结果比较偏大，可能是由于材料参数赋值偏小的原因），在可控范围之类，基坑底部由z方向向上的位移，主要原因是卸荷回弹等作用的原因，模拟结果比较符合实际情况。 图4-8基坑开挖设置锚索和没设锚索的速度矢量对比图4.3.2变形矢量图 图4-8速度矢量云图 分析：上面两幅图都是基坑开挖后左壁和右壁的速度矢量图，图中直观形象的可以了解到基坑开挖后由于左壁和右壁支护方案的不同导致剪应变和速度矢量截然不同，图中可以看出在基坑的左壁由于没有进行预应力锚索加固，速度矢量很大（箭头所示），说明基坑左壁已经发生了塑性破坏；而相反右壁基本没有速度矢量处于稳定状态，说明基坑右壁支护结构稳固，支护体系作用良好。 4-9塑性区分布图4.3.3塑性区分布图 分析：从塑性区分布图，可以看出基坑左壁桩单元没有进行预应力锚索加固，塑性区分布范围很大，主要是桩单元后的主动土压力区和桩单元前部的被动土压力区，并且有向土体深部扩大的趋势；而基坑右壁相比左壁塑性区范围明显变小，主要集中在桩前的被动土压力区，说明桩锚支护体系起到了非常好的支护作用。 图4-10基坑左右桩单元顶部节点水平位移监测对比图4.3.4变量监测 分析：图为对左壁桩单元顶节点6107（29，0，27）和右壁桩单元节点6215（71，0，27）的水平方向位移监测对比图，由图可以得出以下结论：（a）其中黑色位移曲线代表左壁顶部id号为6107的节点水平位移监测曲线，该节点存在x正方向的位移变形，当时步达到23000步以后趋于稳定，最大位移量达到了7mm；（b）红色位移曲线代表的是右壁顶部id号为6215的节点水平位移监测曲线，该节点则存在x负方向的位移变形，当计算到15000时步后基本趋于稳定，最大位移量为3.8cm（c）由于基坑左壁没有设置预应力锚索导致基坑左壁发生了较大水平位移失稳，而右壁设置了预应力锚索单元，和桩单元形成了联合的桩锚支护结构体系，有效的控制了基坑右壁的水平位移，支护效果非常理想。 图4-11基坑放坡左坡顶和有坡顶的水平位移监测对比图 分析：图为基坑左侧顶部节点5511（23，0，30）和右侧肩部节点5599（77，0，30）x方向位移监测对比图。由图可以得出以下结论：（a）从对比位移监测图形中可以看到，基坑左侧放坡没有进行土钉加固，放坡土体的位移量非常大，最大可以达到25cm左右，基本已经塑性流变；（b）而在右侧放坡中进行了土钉加固，最大位移量控制在了10cm左右。（c）图主要是为了检验放坡土钉加固的效果，在模型的建立中在左侧放坡没有进行土钉加固，而在右侧放坡中进行了土钉加固。通过水平位移监测对比图可以看到土钉加固的效果是非常明显的。 4.3.5结构单元后处理图4-12桩单元轴力图 分析：图为桩单元轴力图，因为定义桩单元需要全局坐标系统和局部坐标系统，而局部坐标系统用来指定惯性矩和分布荷载，以及定义桩单元上力和力矩的。上图可以得出以下结论：（a）桩单元主要受到的荷载为主动土压力、被动土压力和预应力锚索施加的力，其中主动土压力应该等于被动土压力和预应力锚索施加的力之和，使桩单元达到力平衡，正是由于这三个力的作用使桩单元产生轴向压力。（b）桩单元的轴向压力最大值近似在主动土压力作用点处，图中红色条带最宽的地方，其值为 图4-13桩单元剪力图 分析：图为桩单元的剪力图，也是由局部坐标系定义的，黑色positive代表正值，红色negative代表负值。通过上图我们可以得出以下结论：（a）由第三章的计算可知，桩单元的最大弯矩处也就是剪力为零的特征点有两处，一处为6.705m处，一处为12.432m处（以桩单元顶部为坐标零点）。这个结论在模拟得到的剪力图中得到了证实，图中可见剪力为零的特征处有两个地方，位置大致和计算相同。（b）剪力比较大的区段主要集中在基坑壁上半段和基坑地面左右一定范围，最大的剪力为 图4-14桩单元弯矩图 分析：图为桩单元的弯矩图My，通过上图可以得出以下结论：（a）由于左壁没有进行预应力锚杆加固，没有锚杆施加的力，所以左壁桩单元的弯矩小于右壁桩单元的弯矩（b）图中可以得出桩单元最大弯矩的特征点在基坑坑壁中下部，这和第三章计算的最大弯矩作用点在桩顶以下6.705m处相符合，和桩单元剪力图中剪应力为零的位置相适应，说明模拟是比较真实有效的，得出最大弯矩为 图4-15锚索轴力图 图4-16土钉轴力图 第五章结论与问题区段深度选用的支护方案A-OPQRSA3.1m放坡减载坡高3.1喷射砼厚度6-8cm；钢筋网规格：φ6.5@200×200；锚杆长度：3.0~4.5m；锚管规格：φ48×2.8破率1：1支护形式喷锚网施工道路7.5m10m双排深层搅拌桩防水帷幕桩径（m）5桩间距（m）4桩长（m）1014m钻孔灌注支护桩桩径（m）1主筋26φ18HRB335；保护层厚度：50mm；φ8@200螺旋箍筋；φ16@2000定位钢筋桩间距（m）1.2桩长（m）17表5-1A-OPQRSA段支护体系设计成果总表 监测项目左侧监测节点号最大位移量右侧监测节点号最大位移量桩顶位移监测61077cm62153.8cm基坑底部隆起监测225420cm（偏大）231418cm（偏大）坡顶竖向位移监测551125cm559910cm表5-2基于FLAC3D监测信息统计表 表5-3静力平衡法与FLAC3D模拟计算结果对比结构单元内力计算桩单元静力平衡法最大剪力357.34KN最大弯矩1219.67KN.mFLAC3D计算法最大剪力387.00KN最大弯矩1079.00KN.m锚索FLAC3D计算法最大拉力100.10KN土钉单元FLAC3D计算法最大拉力1.77KN安全系数里正软件分析1.637≧1.30FLAC计算1.628≧1.30 谢谢各位评委老师欢迎提问！