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基坑工程在施工过程中会出现一系列基坑变形及周边建(构)筑物安全控制问题,特别是软土区基坑工程由于软土特性使其变形及对周边建(构)筑物不利影响变得更为严重,在一定支护结构作用下,影响其变形的关键因素便是软土的力学参数,但是由于多种因素的影响,实验室所取得软土力学参数并不够准确。
反演法就是利用基坑工程在开挖过程中的位移变形监测值来反分析得出岩土体的力学参数值。本文总结前人的研究成果,并结合工程实际,针对广东东莞虎门某软弱土地基基坑开挖与支护工程,建立了二维有限元模型,利用支护结构顶部的水平位移值及基坑壁后地面沉降变形值作为判据来反分析得出软土的力学参数值,并在此基础上对水泥土搅拌桩支护结构做了较为全面的有限元分析,研究分析了影响基坑变形的多种因素。本文的主要研究内容和成果如下:
1.简要介绍软土特性及格栅式水泥土桩墙加固软土的机理及国内外研究现状;随后介绍了土压力理论及水土压力合算与分算问题;分析了基坑变形现象和机理,并介绍基坑变形控制标准。
2.介绍了PLAXIS软件中模拟单元及结构构件,介绍软件分析弹塑性变形时主要使用的摩尔一库伦模型,它采用接触面单元模拟桩土之间的接触作用;介绍了该模型中各种材料参数的确定方法,讨论了基坑开挖模拟中的初始应力场等问题。介绍了正交设计法的基本理论及正交设计表的制作。
3.以东莞虎门某软弱土地基基坑开挖与支护工程为研究对象,根据有限元假设运用PLAXIS建立模型并对基坑的分步开挖进行动态模拟,以实验所得岩土体力学参数为基础对反演参数进行正交设计。以正交设计得出的多组力学参数组合运用PLAXIS软件进行有限元模拟计算,得到在基坑开挖过程中基坑支护结构水平位移、基坑壁后地面沉降模拟值,并以基坑相同位置支护结构的水平位移及地面沉降监测值作为判据,对多组模拟结果进行分析研究,选出最优岩土体力学参数值,并在此基础上分析基坑支护结构的水平位移、地面沉降、基坑底隆起等变形情况及基坑的应力-应变情况。
4.在以支护结构水平位移和地面沉降为判据反分析得出的岩土体力学参数基础上,运用该模型分析水泥土搅拌桩墙、水泥土桩墙宽度、墙体入土深度、地面堆载等设计施工因素对基坑变形情况影响程度,并计算分析出水泥土桩墙变形、基坑坑底隆起以及墙后地表沉降的变形规律,为今后类似工程的建设提出有益建议。