考慮降水及孔隙比隨深度變化基坑開挖對鄰近樁基的影響研究
發(fā)布時間：2019-09-24 03:07
【摘要】：基坑開挖必定引起鄰近土體產生附加變形和應力松弛,導致鄰近建筑物樁基產生附加內力和位移,樁基的承載能力顯著降低,導致建筑物產生附加沉降、傾斜、甚至倒塌。因此,研究基坑開挖對鄰近建筑樁基的影響以及如何有效地減少這些不利影響,對城市深基坑開挖的設計和施工有著重要意義。本文概述了國內外相關研究成果,然后基于修正劍橋模型,考慮土體孔隙比隨深度變化和降水的實際情況,編寫了對應的接口子程序,實現了對有限元軟件ABAQUS的二次開發(fā),研究基坑開挖對鄰近建筑物樁基的影響規(guī)律。 本文首先對數值模擬方法進行驗證,驗證結果表明,考慮降水及孔隙比隨深度變化使坑外地表沉降偏大,約為不考慮降水作用地表沉降的1.6倍,且本文的模擬結果與Hsieh提出的地表沉降預測曲線吻合較好；接著對不同開挖步、不同樁與基坑間距的基坑開挖對鄰近樁基的影響進行數值模擬,得到以下結論：(1)隨著樁徑的增大,樁基位移逐漸減小,且樁徑從0.8m增大到1.4m時位移減小較明顯；(2)隨著地下連續(xù)墻厚度的增大,樁基水平位移逐漸減小,厚度達到0.9m時,樁基最大水平位移減小了12%；(3)樁基最大水平位移隨著內支撐剛度的增大而減小,且其變化量也逐漸減小。最后基于上文的數值分析結果,就土體加固對減少基坑開挖對鄰近樁基影響的效果進行了研究,結果表明：加固體彈模為1.0GPa、被動區(qū)加固體厚度為0.5～0.64H、被動區(qū)加固體寬度為0.57-0.86H、主動區(qū)加固體深度為0.86-1.1H可產生較好的工程效益。
【圖文】：
在用ABAQUS自帶的修正劍橋模型進行有限元模擬時，孔隙比e為一常數，也即默認土體的孔隙比不隨土體當前應力狀態(tài)的變化而變化，如圖3-1所示為兩種情況下的孔隙比的對比，從圖中可知當孔隙比設置為隨土體當前應力變化時，其值除了起始點與孔隙比隨土體深度線形變化相同以外，均比后者小。從修正劍橋模型中體積彈性模量尤可知，當其他條件完全相同時，土體的體積彈性模量隨著孔隙比的增K K大而增大，從而導致地表沉降和坑底回彈變小，本次的模擬結果與此結論吻合。從以上分析可知，基坑降水開挖流固z1合分析時需考慮孔隙比隨土體當前應力的變化，而不能簡單的將其設置為線性變化或者某一定值，，否者會得到過小的地表沉降值，因此有必要對模型中孔隙比進行非線性變化設置
模型的邊界條件為：模型側面約束水平方向位移，底部約束水平方向和豎直方向位移，有限元計算模型網格劃分如圖4-3所示。■l-r-l't-r r t ■) t -t _ B l ll ! I | | | | | IH— .■{ if■NI i| I I Ji J j—-jH g ■“ .4 ^ Sl--} "I I 1 I I I 1 ,| ] f 4' 上' '{“\ 4' ^ "I ■{'^'"-4^■ = =I I I I I I I I I I I ==1 I I I I I I sn I I ； I I I I I *= 一= I I I I I I I I I I I =^= I [I '" I I 1 丨.1 t 丨 r ■ I 丨 1 . = —t- j'- l- 1--I— -I- ) --1 I =^= = = = = = = === - I I ■■ :..■! . 4 t I I I I I I I I i T= I I"|- .—1 j 1 j I i 丨 I I 1 — 1' 1"' i" r"I' 1 I' 1 ffl I — - - ' '■ —j —— -I■ t■— ' ■' ■ "I tf-p- [ I ~ I I I I I I 二二圖4-3計算模型部分網格Fig. 4-3 A part of finite element mesh目前國內有關劍橋模型的參數的研究較為完整的為上海地區(qū)[58]，此次土體參數選用炥土的修正劍橋模型參數如表4-1所示。并考慮降水、孔隙比隨深度變化這些因素，使模擬更接近實際情況。表4-1 土體參數取值Table 4-1 The parameter of soil~~e-lnp平面正 e-\np平面回彈 臨界狀態(tài)線斜 滲透系數k常固結線斜率2 曲線斜率;C 淚不A比V (mm/s)0.0685 0.0078 1.3 0.32 6e'^36
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU470
本文編號：2540625
【圖文】：
在用ABAQUS自帶的修正劍橋模型進行有限元模擬時，孔隙比e為一常數，也即默認土體的孔隙比不隨土體當前應力狀態(tài)的變化而變化，如圖3-1所示為兩種情況下的孔隙比的對比，從圖中可知當孔隙比設置為隨土體當前應力變化時，其值除了起始點與孔隙比隨土體深度線形變化相同以外，均比后者小。從修正劍橋模型中體積彈性模量尤可知，當其他條件完全相同時，土體的體積彈性模量隨著孔隙比的增K K大而增大，從而導致地表沉降和坑底回彈變小，本次的模擬結果與此結論吻合。從以上分析可知，基坑降水開挖流固z1合分析時需考慮孔隙比隨土體當前應力的變化，而不能簡單的將其設置為線性變化或者某一定值，，否者會得到過小的地表沉降值，因此有必要對模型中孔隙比進行非線性變化設置
模型的邊界條件為：模型側面約束水平方向位移，底部約束水平方向和豎直方向位移，有限元計算模型網格劃分如圖4-3所示。■l-r-l't-r r t ■) t -t _ B l ll ! I | | | | | IH— .■{ if■NI i| I I Ji J j—-jH g ■“ .4 ^ Sl--} "I I 1 I I I 1 ,| ] f 4' 上' '{“\ 4' ^ "I ■{'^'"-4^■ = =I I I I I I I I I I I ==1 I I I I I I sn I I ； I I I I I *= 一= I I I I I I I I I I I =^= I [I '" I I 1 丨.1 t 丨 r ■ I 丨 1 . = —t- j'- l- 1--I— -I- ) --1 I =^= = = = = = = === - I I ■■ :..■! . 4 t I I I I I I I I i T= I I"|- .—1 j 1 j I i 丨 I I 1 — 1' 1"' i" r"I' 1 I' 1 ffl I — - - ' '■ —j —— -I■ t■— ' ■' ■ "I tf-p- [ I ~ I I I I I I 二二圖4-3計算模型部分網格Fig. 4-3 A part of finite element mesh目前國內有關劍橋模型的參數的研究較為完整的為上海地區(qū)[58]，此次土體參數選用炥土的修正劍橋模型參數如表4-1所示。并考慮降水、孔隙比隨深度變化這些因素，使模擬更接近實際情況。表4-1 土體參數取值Table 4-1 The parameter of soil~~e-lnp平面正 e-\np平面回彈 臨界狀態(tài)線斜 滲透系數k常固結線斜率2 曲線斜率;C 淚不A比V (mm/s)0.0685 0.0078 1.3 0.32 6e'^36
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU470
【參考文獻】
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1 姚燕雅;陳國興;;滲流場-應力場耦合作用下基坑三維數值分析[J];地下空間與工程學報;2009年03期
2 程蕓;馮曉臘;萬里波;;深基坑降水流固耦合數值模擬及敏感性分析[J];地下空間與工程學報;2011年06期
3 應宏偉,謝康和,潘秋元,曾國熙;軟粘土深基坑開挖時間效應的有限元分析[J];計算力學學報;2000年03期
本文編號：2540625
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