【摘要】： 在基坑开挖施工过程中,由于坑内外水头差的存在并随时间变化,引发土体中渗流场和应力场的改变,水土相互作用变得极为复杂。大量的基坑工程实践表明,渗流作用的影响十分显著;但是,目前有关对渗流影响基坑变形性状的研究尚不多见。 本文以某泵站软土基坑监测项目及某广场基坑工程为研究背景。以现场监测数据为基础,基于渗流基本理论,采用二维有限元计算方法对渗流问题进行求解;对考虑渗流影响与分步开挖的基坑变形性状进行分析研究。主要研究内容及成果如下: 1、对某泵站软土基坑工程施工进行了监测工作,采集了包括桩顶水平位移、地下水位、支撑轴力和支护结构变形等原位监测数据。由监测效果分析表明:此监测方法为基坑信息化设计与施工提供了可靠的依据,适合于在本地区软土基坑工程中推广应用。 2、在有限元数值计算中,土体参数的选取是重要的一个环节。本文分别采用直剪试验、固结试验、渗透试验测定土的重要力学参数:c、φ、E_s及k;并以室内试验测试值为基础,结合经验参考统计值确定有限元计算参数。 3、结合泵站软土基坑工程和某广场基坑工程,采用大型有限元软件MIDAS GTS模拟基坑施工开挖,以水渗流作为讨论因素,分别建立考虑渗流和不考虑渗流两个计算模型,模拟基坑施工开挖过程。分析各开挖阶段渗流场的分布及变化规律,并对渗流影响下的基坑变形性状(主要包括支护结构变形、坑外地表沉降变形和坑内地面隆起变形)进行分析研究,并将计算值和实测值作对比分析,得出在该工程条件下的基坑变形性状规律: (1)考虑渗流影响的支护结构最大水平位移计算值较不考虑渗流增大约30%,并与实际测值比较接近; (2)基坑地表最大沉降变形位置发生在距支护结构约为一倍的开挖深度处,考虑渗流影响的坑外地表沉降变形随开挖深度增加明显增大,且最大位移点向外移动; (3)坑内地面隆起变形曲线呈抛物线状,最大位移在基坑开挖面的中心点的位置。考虑渗流影响的坑内隆起变形,除第一次开挖最大位移发生在中部外,其它开挖步的最大隆起变形在靠近基坑墙体侧壁附近。 4、以工程实例(二)为背景,建立有限元数值分析模型,将渗流影响因素作为不变条件,通过改变对土体的某些主要计算参数(渗透系数k和内摩擦角φ),得出在该工程条件下土体特性变化对基坑变形性状的影响规律: (1)渗透系数在1～10k_i以内变化,对基坑支护结构变形影响不明显,随渗透系数增大,支护结构变形略有增加。地面沉降变形受渗透系数影响较为明显,渗透系数变化对开挖面中心点处隆起变形影响较小,而开挖面墙体附近隆起变形影响较为明显; (2)土体内摩擦角φ变化对支护结构变形影响非常明显,φ取值越小,支护结构最大位移越大。计算值显示:当内摩擦角取值减少50%时,支护结构最大变形量增加30%左右,内摩擦角的变化对坑内隆起变形和地表沉降变形的影响也是非常明显,内摩擦角越大,隆起变形和地表沉降变形也越大。 【关键词】：基坑监测 室内试验 基坑开挖 渗流 有限元法 基坑变形
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU753
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.083604
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• CONTENTS11-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 概述14-15
• 1.2 基坑渗流引起的问题15-16
• 1.2.1 引起墙后地面沉降15
• 1.2.2 引起渗透破坏15-16
• 1.3 国内外研究现状16-20
• 1.3.1 国内外渗流理论的研究现状16
• 1.3.2 渗流～应力耦合理论的研究现状16-18
• 1.3.3 渗流作用影响基坑变形性状研究18-20
• 1.4 本文的主要工作20-22
• 第二章 基坑渗流理论及有限元分析22-41
• 2.1 渗流基本理论22-28
• 2.1.1 渗流基本概念22-23
• 2.1.2 渗流连续微分方程23-25
• 2.1.3 渗流基本方程25-26
• 2.1.4 渗流定解条件26-28
• 2.2 基坑渗流有限元分析28-32
• 2.2.1 渗流分析方法28-30
• 2.2.2 有限元法的应用30-31
• 2.2.3 有限元的基本原理31-32
• 2.3 二维非稳定渗流有限元分析32-36
• 2.3.1 有限元基本方程32
• 2.3.2 二维渗流有限元数值计算32-36
• 2.4 渗流场-应力场耦合有限元分析36-40
• 2.4.1 耦合分析的基本方程36-39
• 2.4.2 平面应变耦合分析的有限元法39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 基坑工程监测分析及室内力学试验41-57
• 3.1 工程概述41
• 3.2 基坑监测的内容以及方法概述41-44
• 3.2.1 监测内容41
• 3.2.2 监测设备以及监测方法41-42
• 3.2.3 监测布置说明42-44
• 3.3 基坑监测结果分析44-47
• 3.3.1 桩顶水平位移44
• 3.3.2 支护结构变形44-46
• 3.3.3 支撑轴力46-47
• 3.3.4 地下水位47
• 3.4 基坑监测效果评价以及建议47-48
• 3.5 土的室内力学试验48-56
• 3.5.1 直剪试验确定强度指标49-52
• 3.5.2 固结试验确定土的压缩模量52-55
• 3.5.3 渗透试验确定土的渗透系数55-56
• 3.6 本章小结56-57
• 第四章 Midas GTS有限元理论基础57-66
• 4.1 Midas GTS有限元软件57
• 4.2 非线性有限元分析57-60
• 4.3 数值模拟的实现60-65
• 4.3.1 本构模型60-62
• 4.3.2 内支撑的模拟计算62
• 4.3.3 接触单元的设置62-63
• 4.3.4 施工开挖模拟分析63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 考虑渗流影响与分步开挖的基坑变形性状实例分析66-87
• 5.1 工程实例(一)66-71
• 5.1.1 工程基本概况66
• 5.1.2 计算模型的建立66-69
• 5.1.3 计算结果分析69-71
• 5.2 工程实例(二)71-82
• 5.2.1 工程概况71
• 5.2.2 地质情况及水文地质条件71-72
• 5.2.3 基坑支护方案以及降水方法72
• 5.2.4 有限元模型的建立72-74
• 5.2.5 计算结果分析74-82
• 5.3 其它影响因数分析82-85
• 5.3.1 渗透系数变化对基坑变形性状的影响82-83
• 5.3.2 内摩擦角变化对基坑变形性状的影响83-85
• 5.4 本章小结85-87
• 结论与展望87-89
• 结论87-88
• 展望88-89
• 参考文献89-92
• 攻读学位期间发表的论文92-94
• 致谢94