深基坑開挖與支護(hù)的模型試驗(yàn)與ANSYS分析研究.pdf

1、深基坑開挖與支護(hù)是一個(gè)古老而又有時(shí)代特點(diǎn)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(hù)技術(shù)的應(yīng)用和研究日益重要，國內(nèi)外很多學(xué)者在本領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，包括理論計(jì)算、設(shè)計(jì)方法、原位實(shí)測、室內(nèi)模型試驗(yàn)等都取得了很多有意義的成果。但是，由于深基坑支護(hù)工程的復(fù)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(hù)工程的研究動(dòng)態(tài)和工程實(shí)際需要，本文在總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并

2、制作了一套室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置，較好地解決了模型試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)砂的模型試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果作了分析研究。建立了有限元計(jì)算模型，運(yùn)用ANSYS程序?qū)δＰ驮囼?yàn)相對尺寸進(jìn)行了預(yù)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(jì)算并分析了深基坑開挖與支護(hù)的地表沉降、土體位移、土壓力、應(yīng)力分布和錨固力影響等規(guī)律，計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果吻合，互相證實(shí)了該模型試驗(yàn)和ANSYS程序應(yīng)用的可行性

3、、適用性和正確性，對深基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)和施工具有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。 本文主要工作和結(jié)論包括： (1)設(shè)計(jì)并制作了板樁墻支護(hù)模型試驗(yàn)裝置，主要包括：具有試驗(yàn)操作方便特點(diǎn)并配備砂樣提升機(jī)、砂樣裝填裝置的模型試驗(yàn)架；滿足試驗(yàn)觀測和強(qiáng)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(fù)合材料制作的內(nèi)置土壓力傳感器的剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)模型板等。 (2)成功地解決了支護(hù)結(jié)構(gòu)在無側(cè)摩擦阻力條件下的自由移動(dòng)和漏砂的矛盾問題

4、。設(shè)計(jì)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(hù)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(dòng)大大減小了二者間的摩擦阻力，從而較好地滿足了支護(hù)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(dòng)。巧妙地運(yùn)用試驗(yàn)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(yàn)?zāi)軌蝽樌麑?shí)現(xiàn)。 (3)根據(jù)懸臂式

5、板樁墻支護(hù)模型試驗(yàn)，得到了支護(hù)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(hù)側(cè)和開挖側(cè)在不同開挖深度時(shí)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(yàn)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(yīng)變測試系統(tǒng)配套使用，系統(tǒng)為全智能化的高速巡回?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)完成自動(dòng)平衡、采樣控制、自動(dòng)修正、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(yàn)微小土應(yīng)力。 (5)運(yùn)用自制的靈敏度系數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)裝置，將10個(gè)CYG0515型高頻土壓力傳感器在試驗(yàn)砂樣中重新標(biāo)定，獲得了能夠適合于試驗(yàn)用砂的各傳感器靈敏度系數(shù)，確保在試驗(yàn)中測得精確的土壓力值。從標(biāo)定試驗(yàn)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(shí)測點(diǎn)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(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。 (6)運(yùn)用ANSYS

7、有限元數(shù)值計(jì)算分析軟件，針對懸臂式板樁墻支護(hù)體系的室內(nèi)模型試驗(yàn)，建立了懸臂式板樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型。其次，對模型試驗(yàn)箱各部位的相對尺寸影響作了大量的計(jì)算分析，并作了相應(yīng)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(dǎo)出了基坑豎直位移等直線圖、水平位移等直線圖、支護(hù)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(hù)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(dòng)

8、土壓力云圖、土體大主應(yīng)力等值線分布圖、小主應(yīng)力等值線分布圖等，計(jì)算結(jié)果直觀、準(zhǔn)確、全面地反應(yīng)了支護(hù)土體的位移、沉降、土壓力、主應(yīng)力分布規(guī)律，其結(jié)果與模擬試驗(yàn)結(jié)果非常接近。 最后，探討了當(dāng)不同錨固力時(shí)，對支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力、地表沉降和土體變形等的影響，認(rèn)為：板墻墻上的錨固力F對控制支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的變形作用是巨大的，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)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