考虑工程桩加固效应的基坑变形特性研究.pdf

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1、江苏科技大学攻读硕士学位研究生论文题目考虑工程桩加固效应的基坑变形特性研究研究方向地下结构学科、专业结构工程研究生姓名周辉导师姓名倪俊填表时间2012年3月27日江苏科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：周辉日期：2012年3月27日学位论文使用授权说

2、明本人完全了解江苏科技大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：周辉导师签名：倪俊日期：2012年3月27日学号：092100007文摘：众多工程实践发现，坑底工程桩的存在对基坑变形的抑制作用较为明显。原因在于，工程桩的存在增加了坑底介质整体的压缩模量，在一定程度上限制基

3、坑围护结构侧向变形及坑底土体的隆起，对基坑变形存在有利影响。本文考虑工程桩加固效应，通过有限元软件MIDAS/GTS对基坑变形开展了一系列的研究,主要内容如下：1、本文就坑底是否存在工程桩分别建立三维基坑开挖模型。通过有限元软件的模拟计算进行对比，分析坑底工程桩的存在对基坑坑外土体沉降变形、基坑支护结构水平位移、基坑坑底土体回弹变形以及支护结构上内力的影响规律。2、基坑开挖的平面有限元模拟计算较三维更加简便、经济，因此，科学的对基坑模型进行平面简化至关重要。对基坑进行平面应变模型简化主要是支护结构及工程桩的平面简化，其方法大致分为三种

4、：①等截面小刚度轴向刚度等效；②等刚度小截面轴向刚度等效；③坑内土体整体加固式刚度等效。本文第三章分别通过这三种简化方法建立基坑二维开挖模型，模拟基坑变形的特性。并将模拟结果与三维计算模拟结果进行对比，得出等截面小刚度轴向刚度等效的平面简化方法与三维有限元分析最接近，由此，提出工程桩空间加固效应简化成平面计算的科学方法为等截面小刚度轴向刚度等效方法。3、建立平面有限元模型，系统分析坑底工程桩的直径、间距、长度、刚度、与支护结构的位置关系等对基坑变形特性的影响。通过研究分析得到如下主要结论：1、工程桩的存在相当于加固了坑底土的模量，它对

5、基坑坑底土体回弹起限制作用。有工程桩存在的基坑坑底土回弹量比无工程桩存在时降低了30%~40%。有工程桩的基坑坑底土体回弹曲线呈现波纹型，波谷位置为工程桩所在位置，而波峰处于各工程桩之间。而没有工程桩存在的坑底土体回弹曲线成凸型，基坑中心回弹最大。相比坑底土体回弹，工程桩的存在对支护结构的水平位移以及坑外土体的限制作用并不那么明显，有工程桩存在时，基坑支护结构的水平位移及坑外土体沉降量会减少10%~20%左右。工程桩的存在相当于增大了土体的弹性模量，从而增强了土体对支护结构的嵌固作用。坑底工程桩的存在使支护结构的坑底负弯矩增大，增大量

6、约30%左右。2、不同土质情况下，工程桩对基坑变形的影响量存在差异。土质比较差的基坑，工程桩对基坑变形的影响幅度要比土质情况比较好的基坑要大，但是，其影响趋势是一样，即工程桩的存在对基坑变形起抑制作用。3、坑内土体整体加固式刚度等效与三维模型计算结果差距太大，不符合实际情况，一般情况下不宜采用此方法；等截面小刚度轴向刚度等效方式下的平面简化模型同等刚度小截面轴向刚度等效方式下的平面简化模型计算结果同三维计算结果接近，在一定情况下都可选用。但前者更接近三维模型的计算结果，可以看做是最科学的刚度等效平面简化方式。三种简化方式下的平面计算模

7、型，其支护结构上弯矩的计算结果与三维计算结果最接近的是第三种简化模型，即坑底土体整体加固等效的简化模型。但总体来说，差距都较大，基本在30%左右。因此，对基坑支护结构的内力进行分析时，要慎重选择是否采用平面简化进行模拟。4、工程桩的桩长、桩径、刚度对基坑变形影响不大。工程桩桩间距增大时，基坑支护结构的水平位移会增加，坑外土体沉降会加大。总体来说，工程桩间距的变化对基坑支护结构的水平位移及坑外土体沉降影响并不明显，但桩距的变化对基坑坑底土体回弹影响最大。就本文研究的基坑来说，工程桩间距由6m减小到3m时，坑底土体回弹由原来的35mm降到

8、14mm左右，降幅达到60%。工程桩与支护结构的距离变小对坑外土体沉降、支护结构水平位移有一定的限制作用，对坑底土体回弹影响较小。同时，当工程桩距离支护结构较近时，能显著提高支护结构上的负弯矩。关键词：工程桩加固效应基坑