[发明专利]复杂条件下深基坑工程结构受力与变形分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深基坑工程，尤其是涉及复杂条件下深基坑工程结构受力与变形分析方法。

背景技术

深基坑工程的研究已经取得了很多重要的成果。我国建设部、冶金部相继颁布了建筑基坑工程的行业标准，各地也先后颁布了地方性的建筑基坑技术规程。但随着基坑深度的不断加深、新的支护方法与施工工艺的出现以及人们对基坑工程的安全提出了更高的要求，超深基坑工程给我们提出了更多新的问题。超深基坑工程是一个更为复杂的系统工程，影响超深基坑工程工作特性的因素更多，因此研究软土地基中超深基坑工程结构受力变形特性具有重要的理论与实践意义。

上海500千伏世博变工程项目为大容量全地下变电站，作为世博会重要配套工程，建设规模列全国同类工程之首。该工程建于上海市静安区成都路、北京西路、山海关路和大田路合围之处，周边环境十分复杂。该工程为全地下结构，地下结构四层，直径约130m，基坑开挖深度33.5m。变电所地下结构型式采用框架剪力墙结构，地下主体结构外墙(地下连续墙和内衬墙)以及内部的进出风井墙体为剪力墙，其余部分为框架结构，逆作法施工。该地区土质条件差，富含承压水层，周围环境复杂，其规模和复杂性是空前的，设计与施工都面临极大挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种设计合理、有效指导现场施工和异常情况处理、结构的安全性和可靠性好的复杂条件下深基坑工程结构受力与变形分析方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：复杂条件下深基坑工程结构受力与变形分析方法，其特征在于，该分析方法的步骤如下所示：

(1)采用有限元分析软件对基坑开挖过程进行了数值分析，获得各主要施工阶段地下连续墙的量包括水平变形、环向应力、弯矩和剪力；

(2)分析基坑开挖阶段和正常使用阶段立柱桩、抗拔桩、地连墙竖向刚度及承载力；

(3)采用有限元方法分析基坑开挖阶段、抗浮阶段和正常使用阶段地下结构的变形和内力；

(4)基于横观各向同性弹性理论，提出抗浮桩复合地基模型；

(5)施工过程中对围护结构、支撑体系和立柱、周边环境进行监测，得到监测数据，并对其进行计算，得到计算结果；

(6)对坑外地表变形、坑外水位、地下连续墙墙体水平位移、围护结构内力、坑底回弹进行了分析，得到的数据即为实测数据，并与计算结果进行了比较；

(7)通过对实测数据的分析及与原计算结果的比较，验证计算参数、计算模型和计算方法的合理性。

所述的深基坑工程是由围护结构、水平支撑、地基土、地下水和地下结构组成的一个复杂系统。

所述的有限元分析软件包括PLAXIS和ANSYS。

与现有技术相比，本发明通过对施工过程关键步骤的模拟分析，研究土体分步开挖、内衬施工、坑内降水等各种施工因素对围护结构的受力与变形及周围土体流场影响，验证设计的合理性，有效指导现场施工和异常情况处理；通过正常使用条件下结构受力和整体抗浮、抗震分析，研究结构的安全性能；通过对施工期监测数据的分析，验证结构内力和变形以及结构的安全性和可靠性。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

复杂条件下深基坑工程结构受力与变形分析方法，该分析方法的如下：采用PLAXIS和ANSYS等有限元分析软件对基坑开挖过程进行了数值分析，获得各主要施工阶段地下连续墙的水平变形、环向应力、弯矩与剪力等量，研究渗流、温度、非对称施工荷载、内衬等因素对围护结构内力和变形的影响。分析基坑开挖阶段和正常使用阶段立柱桩、抗拔桩、地连墙竖向刚度及承载力，在此基础上，采用有限元方法分析了基坑开挖阶段、抗浮阶段和正常使用阶段地下结构的变形和内力。基于横观各向同性弹性理论，提出抗浮桩复合地基模型。施工过程中对围护结构、支撑体系和立柱、周边环境进行了监测，得到了大量监测数据，并对其进行计算，得到计算结果。对坑外地表变形、坑外水位、地下连续墙墙体水平位移、围护结构内力、坑底回弹以下监测量进行了分析，得到的数据即为实测数据，并与计算结果进行了比较。通过对实测数据的分析及与原计算结果的比较，验证了计算参数、计算模型和计算方法的合理性。

深基坑工程是由围护结构、水平支撑、地基土、地下水以及地下结构共同组成的一个复杂系统，围护结构与地下结构受力变形特性是项目建设成功与否的决定因素。对于复杂的超深基坑工程问题，常规设计方法已经很难满足要求，要合理地解决上述难题，需要实现理论创新，辅以有限元分析方法对复杂受力系统进行计算分析，最后通过现场实测，对分析理论与计算方法进行验证和完善。