地下连续墙深基坑开挖全过程的三维流—固耦合数值模拟

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1、学校代码：10385分类号：研究生学号：08160001密级：地下连续墙深基坑开挖全过程的三维流-固耦合数值模拟作者姓名：潘树来指导教师：王全凤合作教师：学科：结构工程研究方向：地下结构所在学院：土木工程学院论文提交日期：2015年10月10日3-dimensionalFluid-solidcouplingnumericalsimulationforthewholeprocessofdeepfoundationpitexcavationofdiaphragmwallADissertationsubmi

2、ttedtoHuaqiaoUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorByPUNSULOI(StructureEngineering)Supervisor:ProfessorQuanfengWangSchoolofCivilEngineeringHuaqiaoUniversity,Xiamen,Fujian,ChinaOct.10,2015学位论文独创性声明本人声明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的研究

3、成果。论文写作中不包含其他人己经发表或撰写过的研究内容，如参考他人或集体的科研成果，均在论文中Ｌ乂明确的方式说明。本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。巧呼如。之、Ｉ。签名日期：论文作者签名；片夺学位论文版权使用授权声明本人同意授权华侨大学有权保留并向国家机关或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅。本人授权华侨大学可将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检。索＾、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可乂采用影印指

4、导教师签名：聲论文作者签名；阵胃节Ｓ！。＇知＇５’，如１文＇。、。：（签名日期签名日期；摘要摘要在拥挤的城市中进行深基坑开挖工程，为了保护周边环境和设施安全，精确可靠的设计计算方法是不可缺少的。在众多的基坑工程设计方法当中，有限元法的使用最为广泛。经验表明，有限元法在预测挡土结构的变形及内力方面比较准确，但在预测开挖区外地表的沉降方面则仍有待改进。为了提高有限元法模拟分析深基坑开挖工程的准确性，本文采用8结点6平面三维空间单元，从完善计算方法着手，透过对应力场和渗流场进行完全耦合作用分析，对

5、土体本构模型、地下水渗流、施工全过程、土与挡土结构的共同作用等主要影响因素进行深入研究，利用自行编写的VisualC++计算程序作分析，计算得出了与实测比较接近的分析结果。论文的主要研究工作概括如下：1.选用弹塑性土力学模型及以应变作表述的渗透系数，进行应力场与渗流场完全耦合作用分析。2.通过以Duncan-Chang双曲线E-B模型的弹性变形特性去表示修正Cam-Clay模型的弹性特性参数，将两模型结合起来形成新的弹塑性模型，新模型无需预设E和μ，能反映土体弹性特性随围压σ3变化的情况。3.利用单

6、元结点水头值变化引起水浮力变动的关系，得出了渗流场中土体的容重不再为常数的结论，并推导出单元容重的计算方法。4.针对地下水自由面穿过单元而形成的以自由面及单元表面为边界的三维积分、及以自由面为边界的二维积分两项计算难题，提出采用坐标变换和等参变换技术去改造其积分边界及被积函数，使积分边界的上、下限符合高斯数值积分的格式化要求，从而可利用高斯数值积分求出其精确的数值解，有助于改善求解方程过程中解的振荡。5.严格地引用材料刚塑性理论，推导出一种破坏后不再考虑各应力之间耦合作用的三维空间有厚度接触面模型，并

7、引入“综合破坏点”概念来表述最早出现破坏的应力点位置，最后，通过对大型单剪试验作数值模拟，验证了可透过数值方法去找出土体与结构出现接触面破坏的位置。6.通过对地下连续墙每一槽段从成槽到浇注混凝土整个过程的模拟分析，除了得到更切合实际的“初始”应力状态外，还检视了槽段施工给开挖区外地表沉降带来的影响，发现靠近槽段的地表沉降较大，此现象与基坑开挖引致地表沉降的模式不同，而将两者叠加起来，则比较符合实测的结果。7.在对弹塑性材料通过迭代作线性化处理时，参考中点刚度法求取应力中I华侨大学博士学位论文点的做法，

8、利用应力增量中点处的弹塑性刚度矩阵[Dep]1去求取试探应力，此方法可大幅度地降低不平衡应力的值，减少迭代的次数。8.针对耦合矩阵给整体固结有限元方程系数矩阵带来的不对称问题，提出使用迭代法，先计算应力场部分方程，然后再计算渗流场部分方程，并使用“1范数非主元修正双重预处理器”结合ICCG法去计算两部分的线性方程组。关键词：深基坑开挖渗流-应力完全耦合分析弹塑性本构模型接触面模型自由面ICCG法IIAbstractAbstractFordeepexcav