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深基坑开挖与支护是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题,近年来,随着城市发展的需要,高楼大厦越来越普遍,因此,深基坑开挖与支护方法的研究与应用变得日益重要。国内外很多学者在本领域进行了大量的研究,包括理论计算、设计方法、原位实测、室内模型试验等都取得了很多有意义的成果。但是,由于深基坑支护工程的复杂性和不确定性,很难对基坑工程的设计与施工定一套标准模式,或用一套严密的理论和计算方法,能够把握施土中可能发生的各种变化,该领域尚有许多值得继续研究和不断完善的工作。
随着计算机的广泛应用和发展,有限元分析作为一种数值分析方法得到了迅速的发展,这种方法也成为分析岩土工程问题的实用和有效的手段。
本文利用有限元的分析手段,结合具体工程实例对深基坑的开挖支护进行了分析研究。论文首先对深基坑支护的基本理论进行了总结,涉及到土压力的计算、基坑稳定性分析、基坑支护结构型式等方面的内容,为本文之后的模型分析和研究提供了参考和依据。其次,论文对有限元的基本思想与理论进行了论述,包括有限元的基本方程、土体的本构理论选取、接触面单元的描述等,为合理建立有限元模型奠定了理论基础,最后,论文针对具体的基坑支护型式,利用ANSYS有限元分析软件,建立了二维平面有限元深基坑支护的模型。为了更加真是的反应实际工程情况,根据不同的需要分别建立了三套模型,一方面是为了通过与实际工程情况对比来分析各种模型的可靠程度;另一方面是利用建立的可靠模型对支护中的各个因素进行模拟研究,从而得到能够指导工程设计的有用结论。
在整个模拟过程中采用Drucker-Prager理想弹塑性本构模型来定义岩土体的特性,用刚柔“接触对”的接触面单元模拟了土与结构的相互作用,土体采用了八节点等参数平面PLANE82单元,桩采用了BEAM3梁单元,锚杆采用了LINK1杆单元。
本文通过对深基坑支护结构的模拟,研究了支护结构的受力和变形情况,对支护中可能出现的破坏地方做了对比研究,另外,研究了锚杆预应力及桩径变化对支护结构的影响情况。
通过对支护结构的分析研究,得出了比较有用的结论,这些结论对深基坑支护的设计和优化具有一定的指导意义。