坑中坑加固条件下的被动土压力计算及基坑变形性状研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hailongsky
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基坑工程不断向更深更复杂的方向发展,地下室、电梯井等地下附属结构的存在使得坑中坑越来越多的出现在近些年的基坑工程中,而对于一些软土地区,传统的悬臂式支护与内支撑结合的支护形式往往无法发挥全部的控制效果,对基坑被动区土体进行加固便成为有效控制围护结构变形的方法之一。目前的相关研究大多只对坑中坑和被动区加固进行分别研究,而对坑中坑加固这一施工现状研究很少,理论落后于工程实践。因此对坑中坑加固条件下基坑的变形性状以及受力情况进行研究具有较高的工程意义。本文基于极限分析法,分别对坑中坑及其加固条件下被动土压力公式进行推导,再利用MIDAS/GTS软件对该条件下基坑围护桩的变形性状进行了相应研究,主要研究成果如下:(1)利用极限分析法对坑中坑这类有限土体的被动土压力进行计算,利用MATLAB和MAPLE计算软件推导出有限土体被动土压力及其对应滑裂角的计算公式,对传统的土压力计算方法进行修正;另外将桩土间作用力代入考虑,得出考虑桩土作用后被动土压力和滑裂角的计算公式,并与未考虑时进行对比,发现在相同计算参数下,考虑后被动土压力会显著增加而滑裂角会有所减小。(2)考虑坑中坑加固后,对有限土体被动土压力进行进一步优化,利用极限平衡法和极限分析法相结合的方式,推导了坑中坑加固条件下被动土压力和极限滑裂角的计算方法,并利用算例验证坑中坑加固能够大幅提升加固深度范围内的被动土压力,使合力点上移,提高围护结构的抗倾覆稳定性。(3)利用MIDAS/GTS软件建立二维有限元模型,发现加固体设置在平台处靠外坑围护桩一侧的加固效果最佳;加固体存在一个最适合尺寸(加固深度7H/6、宽度3B/5)使加固效果达到最好,加固程度的提升对加固效果的影响主要体现在对外坑围护桩侧移的控制;另外通过构造正交表,利用极差和方差分析得出各因素按敏感性大小排列为:加固体距外坑距离>加固深度>加固程度>加固宽度。(4)建立三维有限元模型,并与二维模型对比发现三维模型坑边中心位置桩身侧移小于二维模型,且土体加固会使这一差值减小;内外坑坑角效应的影响范围为对应开挖深度的3倍左右,占对应边长的60%左右,并基于这一影响范围对传统的裙边加固形式进行优化,对靠近坑角一定范围内的土体不做加固处理,能够在有效控制内外坑围护桩变形的前提下达到减小工程造价的目的。
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