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1、湖北工业大学 硕士学位论文 基坑土体主动区支护结构变形与土压力关系研究 姓名：陈泽世 申请学位级别：硕士 专业：岩土工程 指导教师：何世秀;庄心善 20100301 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 本文主要探讨了考虑基坑土体主动区结构变形与土压力关系问题。通过对基 坑监测和数值模拟，计算和分析得出下列结论： 1、土压力在不同的工况下表现出不同的变化情况。首先是土压力变化曲线呈 现明显的非线性，由于受到支撑的作用，开挖侧主动土压力由减小变为增大。局 部土压力出现了波状递增的变化。 2、连续墙水平位移在不同工况下有不同的表现，受到支撑作用部分，以及开 挖深度比较小的部位
2、，位移变化为中间小二头大。墙体位移随着开挖深度不断的 增加，没有设置支撑时，位移急剧变大。本工程最大位移出现在开挖面附近。 3、连续墙水平位移与土压力的关系呈现明显的非线性关系，但表现出不同的 非线性线形。连续墙水平位移与土压力部分表现出指数函数关系曲线，而部分表 现出正弦函数关系曲线，说明考虑连续墙水平位移与土压力的关系在一个工程中 应该针对不同的变形情况采用不同的函数关系分段进行土压力的计算。 4、模拟值与实测值总体变化曲线拟和情况较好；存在的差别表现为水平位移 模拟值大于实测值；土压力模拟值小于实测值。 5、工程实际中的基坑开挖设计，随开挖动态过程，基于连续墙水平位移与内 力的变化和相互
3、关系的研究成果，为基坑开挖设计由应力控制转向应变控制找到 了一条途径，即当应力满足强度条件后，再由位移条件对连续墙变形进行控制， 使其符合变形要求。 关键词：关键词：基坑，土压力，监测，有限元，变形 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract This paper discussed the relations of deformation and earth pressure on support structure of foundation pits. By monitoring and numerical simulation of the actual e
4、xcavation, the following conclusions were reached: 1、The earth pressure at different operating conditions showed different changes. First of all ，earth pressure curves showed clear non-linear, and active earth pressure of lateral excavation becomes larger due to the supporting role. Local soil press
5、ure appeared in undulate incremental changes. 2、Continuous wall of horizontal displacement at different conditions have different performance. Being part of a supportive role, as well as relatively small part of the depth of excavation, displacement changes were big at both ends and small in the mid
6、dle. Wall displacement increased in the depth of excavation. When there was no support, displacement dramatically was larger. The maximum displacement appeared in the excavation works near the surface. 3、Horizontal displacement and earth pressure relations on continuous wall have shown a clear non-l
7、inear relationship, but the performance of non-linear linear has been different. Part of horizontal displacement and earth pressure on Continuous wall showed exponential curve, and some showed sine curve, indicating that earth pressure calculations in a project should use different function for diff
8、erent deformation. 4、Simulated and measured values in curve fitting were better; there is different that simulated values for the horizontal displacement was greater than the measured value; earth pressure simulated value was less than the measured value. 5、Based on the research results in change an
9、d relationship of horizontal displacement and internal force , with the dynamic process of excavation , a way on the excavation design from stress control to deformation control had reached. That is, when the stress meet strength condition, then by the displacement conditions on the continuous wall
10、deformation control to meet the deformation requirements. Keywords: foundation pit， earth pressure， monitoring， FEM， deformation 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：
11、 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 第 1 章 引 言 11 选题依据及研究意义 随着城市建设日新月异的发展，深基坑工程往往处于建筑密集、管网密布的 敏感地区
12、，基坑工程开挖在保证基坑本身的安全与稳定的同时，也要保护好周围 建筑物、地下的管网。因此，基坑支护结构除满足自身强度安全、不失稳，还须 保证其对周围土体的变形控制，使其在允许范围之内。基坑工程的设计由强度控 制设计正在向变形控制设计转变。 目前，基坑支护强度控制设计理论如：静力平衡法、等值梁法、规范法，这 些方法都事先假定土压力为已知，充分考虑支护结构变形与土压力关系是极为重 要的因素之一。 本文通过对基坑工程实际监测，得到不同工况下，土压力与开挖深度的关系， 支护结构位移与开挖深度的关系以及土压力与支护结构位移的关系。研究这些关 系为考虑主动区结构位移与土压力关系研究提供实际依据。利用有限元
13、方法和现 有软件，对基坑开挖中应力应变动态变化进行模拟，将其与实际监测数据比较， 发现了一些规律，对基坑设计由应力控制转向应变控制得出了一些有益的结论。 12 土压力研究现状 18 世纪经典土压力理论库仑土压力理论(1776)、朗肯土压力(1857) ：经典 土压力理论仅考虑三种极限状态下的土压力，即主动、被动和静止土压力，土压 力为直线分布；但古典土压力理论建立在一定的理想化假定条件的基础上：完全 弹性、平面滑裂面假定等假设所以要求土体变形达到极限状态，但在实际工程中 的土压力可能是介于主动土压力和被动土压力之间的某一值。这时挡土结构两侧 的土体没有达到极限平衡状态,作用于挡土结构上的土压力
14、不是严格意义上的主 动土压力和被动土压力。 20 世纪 30 年代开始太沙基（1932）大型模型试验为标志的试验技术与实验手 段的改进与发展了土压力理论现代土压力理论：现代土压力理论力求反映土体 与挡土结构的真实变形情况及二者之间的相互作用机理，并综合考虑各种因素对 土压力的影响，并指出只有当土体水平位移达到一定值、土体产生剪切破坏时， 库仑和朗肯土压力才是正确的，并进一步证实(1962):当挡土结构绕墙趾转动时， 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 主动土压力为三角形分布;当挡土结构平移、绕墙顶转动和绕墙中部转动时，主动 土压力为非线性分布 1.。 借助计算机求解土压力能较好
15、地考虑支挡结构中墙、土、地基三者的共同作 用，采用有限元方法分析分层土及土性参数变化等复杂情况下的土压力，较经典 土压力计算理 论和现代极限平衡理论具有优越性。如天津大学土压力模型、同济大学土压 力模型等。但由于土性参数不易准确确定从而导致计算结果与工程实践不相符合， 应用有限元方法分析土压力，不可避免地存在误差。 我国学者则在上世纪八十年代始对土压力分布规律进行了研究： 岳祖润 【2】认为因此应该从变形及位移的角度考虑支护与土体的共同作用，在 对粘性填土中土压力大小、分布及其与墙体位移的关系做了可控式挡土墙压力模 型试验。得到以下试验成果:(1)土压力曲线分布为：两端小中间大，合力作用点 在
16、O5H左右。(2)达到主动土压力极限状态时所需的位移量与墙高为： 0.009-0.01H。 陈页开等 3利用对刚性挡土墙做了被动土压力研究，认为被动土压力的大小、 分布与挡土墙位移形式有直接关系。 位移模式可以分为三种情况： (1)墙体平移时， 土压力呈三角形分布。(3)墙体绕墙顶转动和墙体绕墙顶转动时时，将产生与支护 结构挠曲变形相协调的重分布现象与传统土压力理论的三角形分不相吻合，墙后 土压力为非线性分布。 卢国胜等 4根据朗肯土压力理论分析静止、 主动、被动土压力与位移的相互变 化规律，同时也考虑了填土特性c、对土压力的影响，得到了考虑位移的土压力 计算公式，并与有与限元法计算结果相比具有很好的可比性，并得出软土体在较 大压力作用下表现出较显著的流变性状。因此，在软土地基的固结变形计算中， 考虑土体的流变性状的影响
