地铁车站深基坑监测与数值模拟研究-建筑与土木工程专业论文.docxVIP

西安建筑科技大学硕士论文 西安建筑科技大学硕士论文 在基坑开挖过程中 ，基坑周围的土体逐步卸载 ，固护墙体的两侧土压力则重新分 布，这些都是造成基坑和支护结构位移和变形的原因 。并且，在基坑开挖阶段坑底的 土你有向上位移的趋势，这是由于基坑两侧的土压力差造成墙体两侧地层的 水平侧位 移以及基坑地表沉降所造成的。这些支护结构的变形直接影响到了基坑的稳定性 ，对 周围建筑物也具有一定的破坏性问。近年来，在我国发生的多起基坑工程事故中 ，有 造成公路路面沉陷的，也有造成周围住宅楼底部裂缝的，而且这些事故有逐年 上升的 趋势。基坑工程的设计与施工，不但要保证基坑结构本身的稳定与安全 ，还需要预测 基坑支护结构和开挖后土体的变形情况，以评价对周围环境的影响程度 ，因此传统的 基坑变形计算就不能很好的满足要求，这时变形控制的理论就显得更加合理与实用。 1.2深基坑工程研究及发展 现状 基坑工程属于临时建筑，特别是深基坑工程 ，具有设计安全储备小 、风险大 ，受 水文地质条件影响大(包括时 空效应 、环模效应)，学科综合性强 (涉及基础工程、 结 构力学、工程地质 、工程结构和施工 技术)等特点 。同时，基坑工程也是 一项系统工 程，涉及到稳定、变形和渗流 三个方面的技术问题:同时也与 岩土工程 和结构工程有 密不可分的关系 ;而且与管理 、设计 、施工、监测 、监理及其他有关单位和 人员有相 关性。 1.2.1 土压力国内外研究发展现状 土压力通常作用在挡土端上，其大 小不仅与挡土墙的高度、填土性质有关，而且 与挡土瑞的刚度和位移都有关系。 根据挡土蠕位移情况的不同， 当墙后填土达到极限 平衡状态(或破坏)时，土 压力大致可分为 三种:主动土压 、被动土压、静止土压力。 目前，主动土压力和被动土压力计算通常采用以单元体应力极限平衡为基础的朗 肯理论和以滑棋理论为基础的库伦理论，而较多采用的是比较简便的朗肯理论 ，在这 两种理论当中 ，一般来说朗肯理论计算的 主动土压力偏大，而被动土压力偏小，在库 伦理论中计算式，若被动土压力在土体内摩擦角较大时 ，计算结果会偏大。不过当墙 与土为光滑时， 库伦理论和朗肯理论是一致的 。之后土压力计算理论大致经过了极限 平衡法、条块极限平衡分析、现代极限平衡分析法和现代数值计算等几个阶段 I叫。 (1)在早期， 土压力的计算是在极限平衡原理的基础上所推导出来的郎肯 土压力计 算公式，以及由滑棋理论所推导出来的库伦土压力计算公式。目前这两种计算方法仍 然被业界广泛地认可和应用。在极限平衡理论的基础上 ，塑性极限分析理论渐渐发展 2 起来 ，并且被运用到了土力学当中 ，研究了土体在不同破坏情况下主动土压力和被动 土压力的变化规律。 (2) 由于朗肯和库伦土压力计算理论只计算出了极限平衡状态下的土压力，具有一 定的局限性 ，它并未考虑到挡墙 的位移对土压力 的影响，而在实际情况下土压力可能 会处于主动土压力 、被动土压力或静止土压力当中的任意一种状态 。所以有人开始着 手研究挡墙位移和土压力之间的关系问 。 (3)随着弹塑性力学的研究深入 ，学者发现早期使用极限平衡法所推到出的公式和 理论具有一定的局限性，由于土压力变化较为复杂，而使用极限平衡法所计算的土压 力大都属于线性变化，与实际情况不符 。弹塑性的土体受力时则呈现非线性变化，由 于土体属于弹塑性材料，因此土压力的变化应该是非线性的 。有限元分析法作为现代 发展起来的理论，对于土体这种非线性材质的受力分析就显得更为合理。有限元作为 一种有效的数值分析方法，具有易于处理非均质，各向异性的材料:可以模拟多种复 杂的边界条件的特点 。这些正是土压力分析的难点 。美国的学者首先将其应用于土力 学中， 之后有大批国内外相关学者也开始从事这方面研究 ，并是土压力的研究有了较 大的进步 。 (4)现今有限元模拟软件发展迅速，将数值模拟分析应用到土压力计算当中，这大 大提高了计算速度，缩短了繁冗的计算量，使计算结果更为合理。有人曾提出滑移单 元法，即采用有限元单元离散，运用最优化过程对刚性挡土墙侧向土压力的上限解进 行求解。同时一些以有限元为基础的分析软件如 ANSYS 、ABAQUS 、FLAC3D 等都为 土压力的数值模拟分析提供了极大地便利[剑。 虽然土压力计算已经有了长足的进步，但由于土本身就是一种较为复杂多变的材 料，在对现有 土体的认识上还有很大的提高和改进空间，特别是应用在基坑工程中的 柔性挡土墙，由于其结构特点与刚性挡土蠕有很大区别，当柔性挡墙发生挠曲变形时， 将会引起土压力的应力重分布 。现在越来越多的基坑工程趋向开挖深度大，周围建筑 环境更加复杂，这对计算土压力的精准度提出了更高的要求 。因