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双排桩支护结构的数值模拟分析

更新时间:2009-03-28

基坑支护工程是一项复杂的综合工程,虽然属于临时性工程,但是其技术复杂性却难于一般永久性的上部结构,稍有疏忽就可能导致基坑垮塌,造成人员伤亡。为保证深基坑施工安全、周围环境不受到损害、基坑周边建(构)筑物的安全以及地下主体结构施工所需要的足够空间,应该采取合理的支护结构形式[1]。随着现代工程的发展需要,基坑的发展也带来了许多变化,基坑支护工程的围护结构也变得多元化。支护结构的设计使用年限应不小于1年[2]。其中双排桩门架式支护形式是一种较为理想的支护方式[3]。双排桩门架式支护结构可以在不设置内支撑的条件下,依然发挥出其空间效应,并且能与桩间土协同作用,来平衡因基坑开挖所引起的内力,从而保持基坑边坡的稳定,良好的控制位移,达到施工与环境相协调的目标[4]

1 FLAC计算模型的建立

FLAC是一种可以完成拉格朗日分析的显示有限差分程序,其全称是:Fast Lagrangian Analysis of Continua,是美国的Itasca公司开发和研究的力学分析软件。FLAC计算软件分为2D和3D两个版本,FLAC3D作为FLAC2D的升级版,是将平面问题向三维空间问题转化的方法,可用于模拟分析岩石、土质和其他材料的三维力学特性。

1.1 工程概况

该基坑周长约568.0 m,面积约19 000.0 m2。建筑物层次:地上4~49层、地下2~3层。各土层力学参数详见表1。

元祐六年(1 0 9 1),山谷母去世。元祐七年(1092),山谷居乡丁忧,与临济黄龙宗僧人交往。释惠洪《冷斋夜话》卷七“唤作拳是触不唤拳是背”条载:“宝觉禅师老庵于龙峰(即黄龙山)之北,鲁直丁家艰,相从甚久,馆于庵之傍两年。”释晓莹《罗湖野录》卷上记载:“太史黄公鲁直,元佑间丁家艰,馆黄龙山,从晦堂和尚游,而与死心新老、灵源清老,尤笃方外契。”黄龙山在分宁(修水)。唐乾宁二年(895),超慧禅师创黄龙寺。宋大中祥符八年(1015),宋真宗敕赐黄龙寺为“崇恩黄龙禅院”,黄龙寺成为禅宗黄龙宗的发源地,因而举世闻名。

课程导师制由牛津大学首创,目的在于培养全面发展和综合能力的人才队伍。大学生在大学的求学生涯中,接触到同一个专业任课教师的时间往往较为短暂,很难与教师们建立长期和谐的融洽关系,尤其是大一新生,他们的课程多以基础课为主,甚至接触不到专业教师,导致学生们的专业认同感较差,因此有必要全面实行课程导师制度。

在基本参数和假定下,此模型结合工程实际情况进行单元网格划分,前、后排桩均采用实体单元建模,前、后桩排距3 m,桩间距1.5 m,桩径1 m,嵌固深度16 m,模型尺寸长48 m,高40 m,宽1.5 m(即桩间距),以前排桩桩顶为坐标原点,模型共计11 736个单元,单桩模型864个单元。模型建立后,通过FLAC3D数值模拟得到双排桩的水平位移图。

其中,E为土体的弹性模量;υ为土体的泊松比。各土层的弹性模量和泊松比由勘察单位现场试验数据所得,土层的体积模量K和剪切模量G计算结果见表2。

 

表1 土层物理力学参数

  

层号及岩土名称天然重度/(kN·m-3)贯入阻力Ps/MPa压塑模量Es/MPa泊松比ν内聚力C/kPa内摩擦角φ/(°)(1)杂填土18——0.32510.0(2⁃1)淤泥16.00.32.00.358.02.0(2⁃2)粘土18.30.95.00.3019.011.0(3⁃1)淤泥质粉质粘土18.10.53.50.2511.05.0(3⁃2)粉质粘土19.01.07.00.2022.012.0(4)粉质粘土19.21.88.00.1528.014.0(5⁃1)粉细砂18.5—17.00.150.032.0(5⁃2)粉细砂夹中粗砂19.5—19.00.100.036.0

1.2 计算模型的基本参数

由图1可以知道,模型当中最大的位移处于前排桩桩顶,桩顶部的位移为50.59 mm,相当于实测值的1.7倍,桩底部分位移趋近于零,桩身位移的分布曲线与土体的位移趋势基本相同,符合实际情况。在桩身不破损的情况下,可采用公式(3)~式(5)计算桩身弯矩。

 

(1)

 

(2)

工程采用相对标高,相对标高±0.00=22.65 m。基坑开挖深度-12.70~-20.40 m,桩顶放坡2.5 m,坡比1∶1.0。支护桩采用钻孔灌注桩φ1 000@1 400,L=24 m,自然地面标高为-2.250 m,桩顶位于-4.75 m;双排桩桩身、桩顶冠梁及斜支撑均采用C30等级混凝土,冠梁为1 200 mm×800 mm,支撑设置在桩顶冠梁上,尺寸为600 mm×800 mm,弹性模量为30 GPa,其水平刚度系数为30 000 kN/m。

 

表2 土层KG取值

  

土层名称弹性模量/MPa重度/(kN·m-3)泊松比υ体积模量K/(×107Pa)剪切模量G/(×107Pa)杂填土100180.329.263.79淤泥900160.3510.003.33粘土12018.30.310.004.62淤泥质土10018.10.256.674.00粉质粘土1120190.26.675.00粉质粘土210019.20.154.764.35粉细砂15018.50.157.146.52

1.3 计算模型简介

(一)语义的普遍性。语义是否具有普遍性是决定网络词语去留的首要标准。它指的是网络流行语的语义能够被社会接受,并且得到广泛使用和传播,它不仅仅只是出现在网络交流中,而且延伸至各种传媒和人们的日常交谈中。语义接受的普遍性表现在网络流行语的使用频率和使用人群的广泛性。

从图2中可知,前、后排桩均为坑底以上迎土面受拉,坑底以下挖土面受拉,随着土体的加深,前后排桩的弯矩中,后排桩最大弯矩值大于前排桩最大弯矩值,桩顶弯矩存在突变,可能是由于连梁的应力集中带来的变化,反弯点位置在桩身10 m左右,双排桩桩身弯矩趋势呈“S”型,符合实际情况。

FLAC3D中提供了11种本构模型。土体的粘聚力和内摩擦角的取值详见表1,抗拉强度均假设为零。桩体以及土体单元均采用实体单元,桩单元、连梁及土体均视为线弹性体,并在连梁与土体的交界面插入一无厚度的接触面,即屈服条件采用摩尔—库伦屈服准则的“interface”单元。土体的剪切模量G和体积模量K的计算公式如下

 

(3)

 

(4)

Δε=ε+-ε-

(5)

实际工程中,连梁宽度部分通常采用整板浇筑,因此通过改变连梁的高度达到改变其刚度的目的。保持连梁的宽度1 200 mm不变,高度范围在600~1 200 mm之间,得到弯矩图及位移图。

 

转基因大豆是目前全世界种植面积最大的转基因作物。自美国孟山都公司研发的首例抗草甘膦大豆GTS 40-3-2被获批允许大规模种植以来,截至2016年年底,转基因大豆的种植面积已经达到9 140万hm2,占全世界所有转基因作物种植面积的 1/2、全世界大豆种植面积的78%[1]。

2 连梁刚度对结果影响分析

式中,σ+σ-分别是在同一截面的拉、压应力,Pa;ε+ε-分别表示在同一截面的拉、压应变;EI表示桩的抗弯刚度,N·m2b0表示在同一截面测点距离,m。弯矩如图2所示。

qRT-PCR测定结果显示,与NP69细胞株比较,miR-133b在不同的鼻咽癌细胞(CNE-1、SUNE-1、C666-1)中均呈现低表达(P<0.05),并且SUNE-1细胞株中miR-133b的表达水平相对最低,见图1A;同时EGFR在不同的鼻咽癌细胞株中均呈现高表达(P<0.05),且SUNE-1细胞株中EGFR的表达水平相对最高,见图1B;因此后续实验选取鼻咽癌细胞株SUNE-1作为研究对象。

 

改变连梁高度得到弯矩和位移曲线见图3、图4,由图可知,改变连梁刚度,在刚度较小时,前排桩桩顶位移大于后排桩桩顶位移,且差距较大,后排桩最大弯矩大于前排桩;逐渐增加连梁刚度,前排桩的最大位移急剧减小,最大弯矩平稳降低,后排桩最大位移减小效果不如前排桩,最大弯矩逐渐增大。适当的增大连梁的刚度,双排桩门架式支护结构的空间协调能力能得到提升,然而随着连梁刚度的增大,虽然使得桩体变形越来越小,但是也导致了后排桩弯矩的增大,因此,不能为达到减少变形的目的过于增大连梁的刚度。采用增加连梁刚度的效果并不是特别实用,实际设计过程中,应该适量增大连梁刚度,使得位移在控制范围内,且桩身的内力能保持尽量小。

3

a.运用FLAC数值模拟软件对该工程进行模拟计算,土拱作用效应比较明显,双排桩桩身弯矩趋势呈“S”型,符合实际情况,因此建立的计算模型是比较合理的。

b.适当地增大连梁的刚度,双排桩门架式支护结构的空间协调能力能得到提升,然而随着连梁刚度的增大,虽然使得桩体变形越来越小,但是也导致了后排桩弯矩的增大,因此,不能为达到减少变形的目的过于增大连梁的刚度。在设计过程中,在控制变形的情况下使桩身所受内力最小,达到经济安全的目标。

参考文献

[1] 何颐华,杨 斌,金宝森,等.双排护坡桩试验与计算的研究[J].建筑结构学报,1996,17(4):58-67.

[2] 余志成,施文华.深基坑护坡桩技术的几项新发展[J].建筑技术,1994,21(5):272-279.

[3] 应宏伟,初振环,等.双排桩支护结构的计算方法研究及工程应用[J].岩土力学,2007,28(6):1145-1150.

[4] 徐 凯,李俊才,等.双排桩支护结构在基坑支护中的应用研究[J].建筑科学,2013,1(4):80-84.

 
李力
《建材世界》 2018年第02期
《建材世界》2018年第02期文献

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