浅谈考虑空间与时间效应的基坑工程数值分析研究

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1、浙江大学博士学位论文考虑空间与时间效应的基坑工程数值分析研究姓名：张冬霁申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：曾国熙;谢康和2000.7.1考虑空间与时间效应的基坑工程数值分析研究摘要本文针对深基坑工程数值分析中存在的缺陷，发展～种更加合理的土与结构接触面模型，研制了考虑空间、时间效应、土与结构相互作用、渗流作用三维有限元分析程序：这种更贴近实际的基坑工程数值分析方法，目前在国内外尚未见报道。利用所开发的有限元软件，从工程实际需要出发，本文通过数值分析研究深基坑施工过程中位移场随时间和空间的变

2、化规律，对深基坑工程性状进行系统、全面的分析和研究，重点解决基坑工程存在的空间效应与时间效应问题。，对土与结构接触面问题做进一步研究，建立了一种更加合理的新接触面模型，并给出模型参数的确定方法；将所提出的接触面模型推广至三维空间问题，给出应用该模型的三维接触面薄层单元有限元实施方法并推导出相关公式。通过对一算例进行数值模拟，初步验证了该接触面模型的合理性，它可较好地反映接触面相对位移的发展及剪应力传递；然后分析了土与支护结构相互作用对基坑变形性状及土压力的影响。研制了深基坑工程三维有限元分析软件3

3、DBCPE。以Biot固结理论为基础，实现了空间渗流、固结与土体变形耦合分析：能模拟深基坑分步开挖、支撑设置等复杂施工过程；为克服围护结构“过刚”现象，还引入Wilsonll／8非协调元：在土与围护结构之间设置了三维薄层接触面单元，可采用本文所建立的新接触面模型；开发功能齐全的前、后处理模块，实现了有限元建模和计算结果可视化，使数据处理工作简便、程序易于使用。通过数值分析研究深基坑工程的空间效应。得到了一些有价值的结论。分析了开挖过程中墙体水平位移、坑底隆起、支撑轴力等发展变化规律及空间效应；探讨

4、了基坑几何尺寸、围护结构刚度、支撑刚度等因素对基坑空间变形性状的影响。并与按二维平面问题分析的结果进行比较；分析了深基坑施工过程对周围环境造成的影响，包括基坑周围土体水平位移、横向及纵向不均匀沉降的空间分布，总结出深开挖对周围环境的主要影响范围。通过数值分析研究深基坑工程的时间效应，得到了一些有益的成果。对开挖过程中孔压的变化规律及孔隙水的流动过程进行了探讨：详细分析了土体固结所引起深基坑工程的时间效应，包括墙体水平位移、坑底隆起、坑后地表沉降随时间变化的规律；探讨了由于固结而导致土体破坏区扩展对

5、基坑工程性状造成的影响；对土压力的时间效应进行了初步分析；研究土体渗透性对基坑工程性状的影响，并对排水分析与不排水分析、土压力水土分算与水土合算问题进行了必要的讨论；然后分析了开挖速率对基坑工程性状的影响，对控制合理的开挖速率进行讨论；还探讨了渗流作用对基坑变形性状及土压力的影响。最后，对杭州某深基坑工程实例进行了有限元分析，分别将二维、三维计算结果和实测结果进行比较分析，验证了本文有限元分析方法的有效性与实用性。r∥关键词深基坑，三维有限元，接触面模型，空间效应，时间效应，固结，渗流。～．v＼、

6、、，v，NUMERICALANALYSISOFDEEPEXCAVATIONSCONSIDERINGSPATIALANDTn皿EFFECTSAbstraetBasedonBiotconsolidationtheory,an讲1【i呲three-dimensionalfiniteelementprogramcalled3DBCPEfordeepexcavationanalysisisproposfxt,inwhichseveralimportantfactorssuchASsp鲥aaeffect,ti

7、meeffect,soil-structureinteractionandseepagecanbeconsidered．Inordertosimulatetheresponseofsoil-s'mactuminterfacemorereasonable，anewinterfacemodelisdeveloped．1kmethodofdeterminiIlg∞埘n黼oftl】emodelisalsopresented．111enewmodelisthendevelopedforthree-dimen

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