论文总字数：45124字

摘 要

本文以南京市有轨电车1号线车辆基地基坑大面积开挖工程为背景，利用PLAXIS2D数值分析软件建立了该基坑工程的二维模型，研究分析了改变支护桩桩径和桩长对支护桩水平位移、基坑坡顶地表沉降和支护桩桩身弯矩的影响，主要内容及结论如下：

（1）介绍了该基坑工程的工程地质概况和施工设计方案。利用岩土工程数值分析软件PLAXIS2D建立了基坑北侧和西侧的二维模型，把模拟计算的工序分为11种以再现基坑开挖过程。将模型的桩顶水平位移、坡顶地表沉降与现场的实测结果进行了对比，证明了模型的合理性；

（2）通过变化支护桩的桩径和桩长，研究其对支护桩水平位移、基坑坡顶地表沉降和支护桩桩身弯矩的影响。发现在桩径变化的五种方案中，增大桩径可以减小桩身水平位移和桩身弯矩，但随着桩径的增大，作用效果随之减弱，而增大桩径对基坑坡顶的地表沉降影响不明显。在桩长变化的五种方案中，增大桩长可以减小桩身水平位移、基坑坡顶地表沉降和桩身正弯矩，但会增大桩身负弯矩。随着桩长的增大，减小桩身水平位移的效果会逐渐减弱，但减小基坑坡顶地表沉降的效果在逐渐增强，并未出现减小的趋势。

关键词：深基坑；数值模拟；桩径；桩长；变形；内力

Abstract

The background of this paper is the large-scale excavation process of the foundation pit of the Nanjing Metro Tram Line 1 vehicle，by using PLAXIS2D numerical analysis software ,the 2D model of the foundation pit engineering was generated，the influence of changing the diameter of the retaining pile and the length of the pile on the horizontal displacement of the retaining pile, the surface settlement of the foundation pit and the bending moment of the retaining pile body are analyzed，the main contents and conclusions are as follows：

（1）The engineering geological overview and construction design scheme of the foundation pit engineering are introduced。A 2D model of the north and west sides of the foundation pit was established by using the geotechnical numerical analysis software PLAXIS2D. The simulation calculation process was divided into 11 types to reproduce the foundation pit excavation process. The horizontal displacement of the pile top of the model, the surface settlement of the slope top and the measured results on the site are compared to prove the rationality of the model；

（2）By transforming the diameter and length, the influence of the horizontal displacement of the retaining pile, the surface settlement of the foundation pit slope and the bending moment of the retaining pile body is studied. It is found that in the five variations of the pile diameter, increasing the pile diameter can reduce the horizontal displacement of the pile body and the bending moment of the pile body. However, as the pile diameter increases, the effect is weakened, and the pile diameter is increased. The influence of surface subsidence at the top of the pit slope is weak. In the five variations of pile length, increasing the pile length can reduce the horizontal displacement of the pile body, the surface settlement of the foundation pit slope and the positive bending moment of the pile body, but it will increase the negative bending moment of the pile body. With the increase of the pile length, the effect of reducing horizontal displacement of the pile body will gradually weaken, but the effect of reducing the surface settlement of the foundation pit slope is gradually increasing, and there is no tendency to decrease.

Key words: deep foundation pit; numerical simulation; pile diameter; pile length; deformation; internal force

目 录

第一章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 基坑工程概述 1

1.2.1 基坑工程概念 1

1.2.2 基坑变形的主要模式 1

1.2.3 支护结构分析方法 2

1.3 基坑变形的影响因素研究现状 2

1.3.1 支护结构刚度 3

1.3.2 支护结构入土深度 3

1.3.3 支撑系统 3

1.3.4 基坑空间效应 3

1.3.5 基坑时间效应 4

1.4 研究内容、方法及技术路线 4

1.4.1 研究内容及方法 4

1.4.2 技术路线 4

第二章 工程概况和基坑数值分析模型的建立 6

2.1 工程概况 6

2.1.1 工程特点 6

2.1.2 工程地质概况 6

2.1.3 场地水文地质概况 7

2.2 施工设计方案 8

2.2.1 桩的设计和施工 8

2.2.2 土体开挖的设计和施工 9

2.2.3 斜抛撑的设计和施工 10

2.2.4 其它工序的设计和施工 10

2.3 分析模型的建立 11

2.3.1 PLAXIS2D软件介绍 11

2.3.2 数值分析方法简介 12

2.3.3 模型基本假定及简化 13

2.3.4 网格划分与材料参数 14

2.3.5 荷载与边界条件 15

2.3.6 基坑北侧及西侧模型尺寸图 15

2.3.7 模型计算工序和地下水处理 16

2.4 数值模型位移和内力分析 18

2.4.1 桩顶水平位移对比分析 18

2.4.2 坡顶地表沉降对比分析 22

2.4.3 数值模型支护桩弯矩分析 25

2.4.4 数值模型支护桩水平位移分析 28

2.4.5 基坑开挖安全性分析 31

2.5 本章小结 34

第三章 支护结构参数对基坑变形的影响 36

3.1 基坑变形影响因素 36

3.2 支护桩桩长变化的研究 36

3.2.1 对支护桩内力的影响 36

3.2.2 对支护桩水平位移的影响 40

3.2.3 对坡顶地表沉降的影响 43

3.3 支护桩桩径变化的研究 45

3.3.1 对支护桩内力的影响 45

3.3.2 对支护桩水平位移的影响 48

3.4 本章小结 51

第四章 结论和展望 53

4.1 结论 53

4.2 展望 54

参考文献 55

致 谢 57

第一章 绪论

1.1 概述

在我国经济高速发展的新时代背景下，深基坑工程数量越来越多，越来越关键，同时难度也越来越高，基坑工程的特点难点呈现出“深、大、近”。尤其对于有着密集建筑物、地下设施的各类管线和建筑复杂的城区，传统的放坡开挖技术虽然造价低、技术要求不高，但占地面积大等缺点已使放坡开挖技术很难满足深基坑的开挖要求。以二十世纪八十年代为起点，许多新兴的深基坑施工工艺和支护形式在我国得到了迅速的推广^[1]。

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