深基坑支护结构与土的相互作用机理研究

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1、长沙理工大学硕士学位论文深基坑支护结构与土的相互作用机理研究姓名：舒伟富申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：张军20090401摘要概括和总结了当前基坑工程存在的问题，以土与支护结构的相互作用为研究核心，分析了支护结构变形对土压力的影响这一动态变化过程，表明要真实反映开挖过程中的土压力不能忽略土与支护结构的相互作用。运用线性共同变形理论阐述了基坑开挖过程中土压力的变化过程，并借鉴基础工程中桩土相互作用的研究方法和已取得的成果将其应用于非线性共同作用的土压力计算中。对有限元中接触单元的力学机理及计算方

2、法进行了分析。对接触单元的研究现状、单元类型及本构模型进行了全面综述。就ANSYS中的三种接触单元对接触算法进行了研究，指出接触问题的关键在于接触体间的相互关系，此关系又可分为接触前后的法向关系与切向关系。运用工程实例对接触算法的参数设置进行了研究，计算结果表明ANSYS中的面一面接触单元能很好的模拟土与结构的相互作用。运用数值模拟对基坑的开挖过程进行仿真分析，计算模型以实际工程为依据，完全模拟深基坑的分层开挖。分析了基坑开挖过程中土与支护结构在空间性状下的位移场与应力场的变化规律，证实了基坑开挖过程中空

3、间效应的存在。计算结果表明：地表沉降会出现沉降槽，在离坑壁8m处的沉降达到最大值，然后随着离坑壁距离的增大地表变形开始减小；随着开挖深度的增大，支护结构发生最大水平位移的位置慢慢下移，但均位于开挖面附近的位置；土压力的大小与地下连续墙的水平位移密切相关，水平位移较大位置的土体将优先从静止土压力向主动土压力转变；在连续墙与土体之间设置接触单元来模拟土与结构的相互作用，将设置接触面的计算结果与不设置接触面的计算结果进行对比，表明不设置接触面时计算得到的基坑变形性态与实际情况完全不符。将数值模拟与现场监测数据进

4、行对比分析，其变化规律完全相同，说明了所选计算模型及力学参数的合理性，同时为优化支护结构设计提供了可靠的科学依据。关键词：深基坑；土与支护结构相互作用：数值模拟；接触单元；空间效应ABSTRACTThisarticlesummarizedupthecurrentproblemsinf10undationpitengineering，andbasedontheinteractionbetweensoil盈ndsupportstructufeastheresearchcole，andanalyzeddynam

5、icchangesthatsupponstructuredef．omationinfluencessoilpressure，whichshowsthatwecannotignoretheinteractionbetweensoilandsupportstructuresoastotrulyshowthesoilpressureduringexcaVationprocess．Thesoilpressurechangesduringf．oundationpitexcaVationisexpoundusingl

6、ineartheoryofdefbmation，andtheresearchmethodsoftheinteractionofthepile—soilinbascengineeringareintroducedandobtainedresultsareappliedtothecalculationofsoilpressureofnon—linerinteraction．ThemechanicalmechanismandcalculationmethodofcontacteIementinfiniteele

7、mentisstudied．AcomprehensiVeoVerviewistakenonresearchstatus，unittypeandtheconstitutivemodelofcontactelement．Thecontactalgorithmhasbeenstudied，basedonthreecontactelementsinANSYS，andpointoutthatthekeyofthecontactproblemistherelationshipbetweencontactbodies，

8、whichcanalsobedistributedintonomalandtangentdirectionrelationshipduringthecontact．Parameterssettingofcontactalgorithmhasbeenstudiedusingengineeringexamples，andthecalculatedresultsshowthatthesurface—contactunitinANSY