深基坑桩锚支护体系数值模拟及实例分析改最终.ppt

深基坑桩锚支护体系数值模拟及实例分析,研究生姓名：吕洋第一导师：郑玉元教授第二导师：金幸初教授专业：地质工程年级：2006级所在学院：,第一章绪论,论文题目选自于导师郑玉元教授和金幸初教授的指导，并依托具体深基坑工程的设计研究及实际生产的需要。本文从深基坑工程的主要特点出发，阐述了深基坑支护工程中存在的问题，并解释了本课题研究内容及实际意义。,第二章技术路线及预期结论,（一）技术路线,（二）预期结果,论文为应用基础研究。若如期完成，应取得以下结果：（1）多支点桩锚的变形控制设计，表明多支点桩锚对控制支护结构位移是否有利;（2）总结分析影响围护结构变形的影响因素，对支护结构刚度、支撑刚度与预应力、支护桩入土深度对基坑变形的影响进行了分析，指出在桩锚支护体系中锚杆支撑刚度及预应力对基坑变形的影响最为明显，并通过工程实例加以验证;（3）认为可在经济合理的情况下，实现变形控制设计,并对桩锚支护的优化设计进行了重点分析与研究.（4）通过对基坑现场支护结构的分析与研究，与前两次模拟相比较，论证FLAC所做出的设计结论是否为最优方案，对现有预应力锚索抗滑桩设计计算中存在的主要问题进行分析研究并提出具体的解决方法。,第四章、工程设计实例及支护设计计算分析,4.1工程实例4.1.1工程概况“贵阳市友谊路317#危旧房改造工程”位于贵阳市延安路与友谊路交叉口。拟建建筑面积1688m2，建筑以连为一体的地下二层、地面两栋30层高层建筑为特点。拟建建筑地下室占地平面近呈“长方形”，负二层设计高程为-8.90m。根据设计方案计划，地下室基坑开挖形成的边坡最大高度为14.85m。如图4.1,图4.1贵阳危旧城区改造总平面图,4.2基坑支护设计计算,4.2.1基坑计算参数,4.3.2基坑开挖简图,4.3.3基坑支护计算,4.3.4整体稳定性验算,计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法条分法中的土条宽度:0.40m抗倾覆稳定性验算抗倾覆安全系数:（4-1）Mp被动土压力及支点力对桩底的弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的弯矩;锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。Ks=3.949=1.200,满足建筑基坑工程技术规范要求,五、FLAC3D数值模拟及对比分析5.1基坑未支护开挖数值模拟5.1.1模型的建立,5.1.2潜在滑动面的确定,5.1.3结构单元及边界条件的应用,模型的坐标系采用直角坐标系，XOY平面取为水平面，Z轴为铅垂方向。在水平面内，南北方向为X轴，东西方向为Y轴，并且，X轴正向指向正北方向，Y轴正向指向正南方向，Z轴正向指向正上方，整个坐标系符合右手螺旋规则。坐标原点取在模型底面的左下方。边界条件的设置采用模型周边侧向约束，边界不允许有水平方向的位移，底面不允许有垂直位移。模型采用摩尔库仑屈服准则。本文中桩、锚、腰梁共用一个结构节点，创建nodenode的连接，并设置连接方式，以使力和力矩能够在三个构件中进行传递。和实体网格分析一样，在结构单元的分析中，本文则主要有：施加在锚索上的预应力，梁和桩上的均布荷载等。结构单元所有的边界条件和初始条件都是通过结构节点来设置的，采用SELnode命令来实现。,5.2基坑开挖支护数值模拟,5.2.1分步开挖后水平方向位移,5.2.2分步开挖后竖向位移,5.2.3支护结构内力图,5.3支护方案分析,5.3.1监测点位移曲线,5.3.2开挖后剪应力增量分析,5.3.3开挖后塑性区应力分析,由于下部岩体部分没有滑动面的产生，因此，在只对上部土体前三步开挖进行安全系数求解的情况下，得出安全系数在7.141.65之间，开挖到第三层土体部分，安全系数为1.60，因此整个基坑稳定，未出现设计问题。,5.3.4开挖支护后安全系数,5.4结构设计与模拟对比通过FLAC软件对基坑进行模拟，在与第四章结构支护设计中，可以明显看出以下问题：（1）传统结构设计中位移变化速率是均匀的，而在模拟软件中土体变形在开挖到岩体后速率变小，土体应力基本达到平衡，这也将造成后续的设计存在极大的浪费。（2）传统结构设计中未考虑分步开挖基坑变形的影响，设计人员应依据分步开挖分次计算土压力，荷载的变化以及桩锚的刚度问题来分析支护结构的内力与变形，以达到最优化的设计方案。（3）在支护结构的优化设计中，锚索位置的选择是至关重要的，设计的目标是使桩身弯矩最小，同时必须保证桩顶位移满足周边环境的要求。而根据后几次开挖的情况可以看出，设计相当保守，在后几次开挖中将基坑的位移控制的过分稳定，这也造成了支护上的极大浪费。,第六章、研究结论及展望,6.1、结论（1）地面超载的大小与作用位置对基坑的变形与支护结构的内力有显著影响。（2）由支护结构内力图可以看出，在四次开挖中，锚索的轴力随着开挖的加深而增大，最后一排的锚索轴力最小，而腰梁在最后一排所受到的剪力也比前两个腰梁要小的多，因此在结构设计的时候，完全可以将最后施工的一个腰梁配筋减小，以杜绝人为的浪费。（3）支护结构中加入预应力锚杆以后，可以有效地控制土体的变形。预应力的施加使锚杆周围土体形成压缩区，利用其箍束效应抵抗外力产生的拉应力和剪切应力对土体造成的破坏。而且桩锚支护由于无内支撑系统,施工空间大,为挖土提供了很好的条件,并且由于抗滑桩先期支护，且后续支护与土方开挖同步进行,基本不占用混凝土养护期,能大大的缩短工期。,（4）应重视桩与锚杆连接点，以及腰梁的设计计算。（5）依据FLAC3D软件可以分析出在岩体和土体的结合部处于塑性屈服状态，而结构设计中由于设计方法的局限，无法肯定的计算出这部分的变化值，因此在设计中很容易忽略其重要性，而没有对这一部分进行必要的监测，这也是很多基坑出现失稳的重要因素之一。（6）通过对开挖过程中基坑变形机理的研究，应根据周围环境的具体情况和地面建筑物的情况决定出环境允许的变形量，再根据基坑的情况估算变形量，在对周围环境所受到的影响程度进行评估的基础上对支护结构进行变形控制设计，确定或修改支护结构的设计和施工方案。,6.2、展望桩锚支护体系是一项新兴的比较复杂的系统工程，涉及因素很多，由于作者完成论文时间有限，不可能较全面地研究其中的所有问题。通过本文的研究，作者认为下列问题仍需进一步深入：（1）支护桩的刚度变化对土体倾覆的影响。众所周知，锚索的预应力对土体的约束很大，但支护桩的刚度变化是否会影响到联合支护的作用效果。在本文中，作者曾适当的加大支护桩的刚度值，但由于FLAC本身运算时间的约束，只针对设计刚度左右计算了几个值，刚度值降低有较明显的变化，但刚度值的加大时变化速率降低，时间关系再加上侧重点不同未能找到刚度变化值的临界点。（2）由于土与支护结构的性质相差悬殊，因此，应处理好二者的接触问题，如果能加入反映实际接触情况的单元来模拟接触面处的应力和变形，必将能更好的对基坑开挖进行计算分析，但由于对接触单元参数的选取受到条件制约较大，因此如何选择也是一个很迫切的问题。（3）由于土体本身力学性质复杂，至于其究竟符合什么样的本构关系，遵循什么样的屈服、破坏准则及相应的收敛规律，都是今后应重点研究的问题。而采用有限差分进行基坑模拟分析时，应该对土体针对拟采用的土体模型进行详细的实验以得到较准确的模型参数，只有这样才能比较理想地模拟土体对支护结构的作用以及土体本身的应力应变，但在实际的计算过程中发现，取用不同的土的物理力学性质参数，有时所得出的结论相差很大，若要计算所得出的结果与实测值相符合，必须正确的选取土的力学性质参数。因此，提高土工试验的技术水平，精确的测定岩土的力学性质参数，是十分有必要的。,（4）ANSYS，FLAC等一批非常优秀的国外3D工程模拟软件，由于其难度较高，上手较慢，在很多设计施工中还无法将其引用到解决实际问题的高度。但不可否认，在工程实际应用中的三维模拟，不仅可以解决目前设计中过于浪费的通病，也能更好的把握施工中每一步的步骤，在岩土工程高危的作业中增加更大的安全性。因此，如何更好的推广这些优秀的实用性的模拟软件，更好的将模拟软件中的数据应用于实际的工作中，这也是我们要解决的问题之一。在对桩锚支护体系的研究和计算中深切体会到，地基问题的多变性使我们很难做出精确的理论计算和分析，在这种高危的工程中，我们通常必须采取安全性作为第一要素，而经济性必须以安全为基础。我们在采用诸多并不可靠的计算参数计算中正是考虑了很多这方面的因素，而精确的数值计算方法与之并不矛盾，数值分析结果的实用性，正是引导施工安全的一个必