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筑物的不斷興建和發(fā)展，深基坑開挖支護技術的應用和研究日益重要，國內外很多學者在本領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，本文在總結已有研究成果的基礎上，設計并

2、制作了一套室內模型試驗裝置，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、止砂等關鍵問題，完成了對標準砂的模型試驗，并對試驗結果作了分析研究。建立了有限元計算模型，運用ANSYS程序對模型試驗相對尺寸進行了預分析，提出了模型箱相內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，計算結果與模型試驗結果吻合，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構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置土壓力傳感器的剛性支護結構模型板等。 (2)成功地解決了支護結構在無側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邊的彈簧-滾珠接觸裝置，既確保了支護結構模型板與模型箱之間的有效接觸，又使模型板側內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構在土壓力作用下位移在無側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，得到了支護側地表沉降和地表下土體產生垂直位移和水平位移、模型板支護側和開挖側在不同開挖深度時的土壓力等結果，并對結果分析，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模型試驗，建立了懸臂式板樁墻支護結構的力學模型。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、支護側地表面垂直位移曲線、開挖側地表面地表面垂直位移曲線、支護側土體水平位移曲線和開挖側土體水平位移曲線，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，其結果與模擬試驗結果非常接近。 最后，探討了當不同錨固力時，對支護結構上的土壓力、地表沉降和土體變形等的影響，認為：板墻墻上的錨固力F對控制支護結構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