深基坑開挖與支護的模型試驗與ANSYS分析研究.pdf

1、深基坑開挖與支護是一個古老而又有時代特點的巖土工程課題，隨著高層建筑物和高聳構(gòu)筑物的不斷興建和發(fā)展，深基坑開挖支護技術(shù)的應用和研究日益重要，國內(nèi)外很多學者在本領(lǐng)域進行了大量的研究，包括理論計算、設計方法、原位實測、室內(nèi)模型試驗等都取得了很多有意義的成果。但是，由于深基坑支護工程的復雜性和不確定性，該領(lǐng)域尚有許多值得繼續(xù)研究和不斷完善的工作。 根據(jù)國內(nèi)外深基坑支護工程的研究動態(tài)和工程實際需要，本文在總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上，設計并

2、制作了一套室內(nèi)模型試驗裝置，較好地解決了模型試驗中的小量程土壓力測試、模型板減摩阻力、止砂等關(guān)鍵問題，完成了對標準砂的模型試驗，并對試驗結(jié)果作了分析研究。建立了有限元計算模型，運用ANSYS程序?qū)δＰ驮囼炏鄬Τ叽邕M行了預分析，提出了模型箱相內(nèi)各部分相對尺寸建議值。最后，由該程序計算并分析了深基坑開挖與支護的地表沉降、土體位移、土壓力、應力分布和錨固力影響等規(guī)律，計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果吻合，互相證實了該模型試驗和ANSYS程序應用的可行性

3、、適用性和正確性，對深基坑支護工程的設計和施工具有重要的指導意義和實用價值。 本文主要工作和結(jié)論包括： (1)設計并制作了板樁墻支護模型試驗裝置，主要包括：具有試驗操作方便特點并配備砂樣提升機、砂樣裝填裝置的模型試驗架；滿足試驗觀測和強度要求的鋼結(jié)構(gòu)框架鋼化夾膠玻璃板制成的模型箱；由多層復合材料制作的內(nèi)置土壓力傳感器的剛性支護結(jié)構(gòu)模型板等。 (2)成功地解決了支護結(jié)構(gòu)在無側(cè)摩擦阻力條件下的自由移動和漏砂的矛盾問題

4、。設計并制作了模型板側(cè)邊的彈簧-滾珠接觸裝置，既確保了支護結(jié)構(gòu)模型板與模型箱之間的有效接觸，又使模型板側(cè)內(nèi)鑲嵌的滾珠在模型箱壁的滑動大大減小了二者間的摩擦阻力，從而較好地滿足了支護結(jié)構(gòu)在土壓力作用下位移在無側(cè)摩擦阻力條件下的自由移動。巧妙地運用試驗砂自身的重量成功止砂，在模型板側(cè)邊緣，利用砂自身重量將止砂條帶(或稱止砂膜)貼壓在箱壁上，從而將縫隙堵住，很好地阻止了開挖側(cè)漏砂現(xiàn)象的發(fā)生，使得模型試驗能夠順利實現(xiàn)。 (3)根據(jù)懸臂式

5、板樁墻支護模型試驗，得到了支護側(cè)地表沉降和地表下土體產(chǎn)生垂直位移和水平位移、模型板支護側(cè)和開挖側(cè)在不同開挖深度時的土壓力等結(jié)果，并對結(jié)果分析，繪制了土體的變形等值線圖。 (4)本試驗首次采用由單晶硅材料制作的微型土壓力傳感器——CYG0515微型高頻土壓力傳感器，并將該傳感器與DH3815N靜態(tài)應變測試系統(tǒng)配套使用，系統(tǒng)為全智能化的高速巡回數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過計算機完成自動平衡、采樣控制、自動修正、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和分析。充分發(fā)

6、揮了傳感器的檢測能力，精確測量并記錄下了試驗微小土應力。 (5)運用自制的靈敏度系數(shù)標定試驗裝置，將10個CYG0515型高頻土壓力傳感器在試驗砂樣中重新標定，獲得了能夠適合于試驗用砂的各傳感器靈敏度系數(shù)，確保在試驗中測得精確的土壓力值。從標定試驗的過程和結(jié)果也證明了CYG0515型高頻土壓力傳感器離散性小，實測點分布在擬合直線附近，具有精度高、靈敏度好、性能穩(wěn)定、低量程段無死區(qū)、延遲時間短等優(yōu)點。 (6)運用ANSYS

7、有限元數(shù)值計算分析軟件，針對懸臂式板樁墻支護體系的室內(nèi)模型試驗，建立了懸臂式板樁墻支護結(jié)構(gòu)的力學模型。其次，對模型試驗箱各部位的相對尺寸影響作了大量的計算分析，并作了相應的誤差分析，提出了不同土體材料的模型相對尺寸推薦表，以供選用。 (7)由ANSYS彈塑性有限元程序，導出了基坑豎直位移等直線圖、水平位移等直線圖、支護側(cè)地表面垂直位移曲線、開挖側(cè)地表面地表面垂直位移曲線、支護側(cè)土體水平位移曲線和開挖側(cè)土體水平位移曲線，得到了主動

8、土壓力云圖、土體大主應力等值線分布圖、小主應力等值線分布圖等，計算結(jié)果直觀、準確、全面地反應了支護土體的位移、沉降、土壓力、主應力分布規(guī)律，其結(jié)果與模擬試驗結(jié)果非常接近。 最后，探討了當不同錨固力時，對支護結(jié)構(gòu)上的土壓力、地表沉降和土體變形等的影響，認為：板墻墻上的錨固力F對控制支護結(jié)構(gòu)和土體的變形作用是巨大的，適當?shù)卦O計和控制錨固力，是降低地表沉降、控制墻頂位移及抑制裂縫開展的十分有效方法。 (8)ANSYS彈塑性有限