深基坑工程论文：深基坑开挖与支护有限元数值模拟

【中文摘要】深基坑工程是一项系统工程,由于土体介质的复杂性和时效性以及支护方式和环境的多样性,故采用数值模拟有限元方法更能比较全面地从空间、时间上反映各种因素对支护结构及周围土体的应力、位移的影响。本文对深基坑支护结构的工程特点进行了论述,介绍几种常见的深基坑支护结构类型,不同的支护类型适合于不同的条件,桩锚结构是在深基坑工程应用最广泛的。在基坑支护结构设计中要考虑基坑工程特点以及存在的问题,土压力选用是尤其要考虑的。深基坑支护结构设计应考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态,根据这两种状态提出了基坑支护设计内容。大型通用有限元软件ANSYS在基坑工程中应用越来越广泛。本文介绍了有限元法和ANSYS软件的分析过程以及模拟基坑开挖与支护的单元生与死,在此基础上,分别对无支护和有支护条件下基坑边坡的稳定性进行了分析研究,说明了无支护放坡开挖的局限性和基坑边坡开挖时支护结构的作用。叙述了南昌某深基坑工程概况和所用的支护结构体系,从而得出南昌市一般深基坑工程支护方式和特点,进一步利用理正深基坑支护计算软件对基坑某段进行了支护计算,根据计算结果得出该段基坑支护结构是安全可靠的。结合该深基坑工程开挖的具体实践,利用ANSYS有限元法进行数值模拟,以深基坑整个支护结构体系的稳定性为研究核心,对深基坑开挖过程中引起的周围土体及支护结构体系的位移、应力等相关内容进行全面深入的研究,然后和理正深基坑支护计算软件计算的结果相比较,以此来说明有限元数值模拟的可靠性和实用性。

【英文摘要】Deep Foundation is a systematic project, due to the complexity of the soil medium and timeliness, and the diversity of the support and the environment, so the use of numerical simulation of the finite element method can more fully from the space, time, reflecting a variety of factors on the supporting structure and surrounding soil stress and displacement effects.In this paper, the structure of deep excavation engineering characteristics are discussed to introduce some common types of deep foundation pit structure, different types of support for different conditions, the pile anchor structure is the most in deep foundation excavation. In the design of structural foundation, pit excavation characteristics are to be consider, and the problems of earth pressure is particularly used to be considered. Structural design of deep excavation should be considered ultimate limit state and limit state, excavation design content are proposed according to these two states.Large general-purpose finite element software ANSYS is applied in more and more extensive excavation. The method and the ANSYS finite element analysis software are describes in this article, as well as simulated excavation and support of the unit life and death, on this basis, no support under the foundation of the stability of the slope were analyzed, indicating grading of the excavation without support limitations.The overview of a deep excavation of Nanchang and the use of retaining structure so as to arrive in Nanchang deep foundation are described. the general approach and the characteristics of support in Nanchang are attained. The Li Zheng deep excavation pit software is calculated in the section of the support, the results obtained under this section of support is safe.A deep excavation with the concrete practice of excavation, the ANSYS finite element method is used to simulate to the deep foundation system supporting the stability of the structure the core and during excavation of deep soil due to pressure distribution and the retaining structure of the displacement, stress and strain in-depth content and other related research, and then, and management of deep foundation pit is calculated calculation software. The results are compared in order to illustrate the applicability and reliability of the finite element simulation.

【关键词】深基坑工程 数值模拟 支护结构 边坡稳定性 有限元

【英文关键词】The deep foundation excavation project       Numerical simulation       Bracing structure       Stability of slope       FEM

【目录】深基坑开挖与支护有限元数值模拟摘要3-4ABSTRACT4-5第1章 绪论9-201.1 问题的提出9-101.2 研究的目的和意义101.3 国内外研究现状10-151.4 基坑工程的主要特点和应该注意的主要问题15-191.4.1 基坑工程的特点15-161.4.2 基坑工程设计中应注意的问题16-191.5 本文研究的主要内容及方法19-20第2章 深基坑工程支护的设计原则和常见的支护类型20-252.1 深基坑工程支护的原则20-212.1.1 设计状态20-212.1.2 基坑安全等级212.1.3 设计内容212.2 基坑主要支护结构形式21-232.2.1 放坡开挖结构21-222.2.2 悬臂式支护结构222.2.3 水泥土重力式支护结构222.2.4 内撑式支护结构222.2.5 拉锚式支护结构22-232.2.6 土钉墙支护结构232.2.7 其他形式支护结构232.3 小结23-25第3章 基坑边坡开挖与支护有限元分析25-373.1 有限元的简介25-273.1.1 有限元法概述253.1.2 有限元法的分析过程25-263.1.3 有限元法用于基坑边坡稳定性分析的优点26-273.2 ANSYS有限元分析程序介绍27-293.2.1 ANSYS程序简介273.2.2 ANSYS有限元分析基本过程27-283.2.3 ANSYS有限元中的单元生和死28-293.3 无支护基坑边坡开挖二维平面数值模拟29-343.3.1 物理模型29-303.3.2 结果分析30-343.4 有支护基坑边坡开挖二维平面数值模拟34-373.4.1 基坑开挖过程中土体的数值模拟34-363.4.2 基坑开挖过程中支护桩的水平位移36-37第4章 基坑工程实例概况与支护结构体系37-444.1 工程概况37-404.1.1 工程内容37-384.1.2 工程水文地质条件38-404.2 支护结构选择40-424.3 南昌市基坑工程支护型式的选择和施工应注意的问题42-44第5章 基坑工程实例支护结构计算44-545.1 支护结构的计算内容445.2 基坑AB段支护计算44-535.2.1 支护方案和计算参数44-475.2.2 计算结果47-535.3 小结53-54第6章 基坑工程实例的数值模拟54-676.1 计算方法54-556.1.1 基本假定54-556.1.2 地层的简化及其计算参数556.1.3 计算步骤556.2 计算结果55-676.2.1 不加支护放坡开挖到4.5m55-586.2.2 加支护体系垂直开挖到坑底58-67第7章 结论与展望67-697.1 主要结论67-687.2 展望68-69致谢69-70参考文献70-72攻读学位期间的研究成果72