文档介绍：湘潭大学
硕士学位论文
水泥土搅拌桩基坑支护结构性能的有限元分析
姓名:屈畅姿
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:马石城
20070501
湘潭大学硕士学位论文摘要

摘要

水泥土搅拌桩支护结构是在软土地区用的较多的一种支护形式,它
具有不透水等诸多优越性,且使用的材料仅水泥而已,因此有着较好的
经济效益,近几年得到广泛的应用。主要的计算方法有经典方法、土抗
力法以及有限元法,其中三维有限元法能从整体上分析支护结构及周围
土体的应力与位移性状。本文总结了前人的研究成果,建立了三维有限
元模型,并结合水泥土搅拌桩的受力特性对搅拌桩支护结构的性能做了
较为全面的有限元分析,研究了软土夹层对支护结构性能的影响,主要
内容如下:
( 1 )本文中的土体是采用岩土工程常用的理想弹塑性本构模型—
Drucker-Prager 模型。它建立在考虑静水压力的广义 Mises 屈服准则的基
础上, D-P 模型中使用的土的膨胀角这一参数能很好的反映土体的剪胀
性。本文采用增量迭代法进行计算,迭代采用的是切线变刚度迭代法。
利用 ANSYS 大型计算软件来完成本文的非线性有限元计算,考虑初始应
力场,开挖卸载的过程采用生死单元的方法来进行模拟。
( 2)由水泥土搅拌桩的成桩原理及其性质可知,支护结构的强度虽
较原土有一定的提高,但还是比较接近原土,故在本文的有限元计算中
搅拌桩支护结构的本构模型也采用 Drucker-Prager 模型。水泥土搅拌桩与
土体的分界不明显,且两者的模量等参数差别不大,故不考虑接触面单
元的问题,将支护结构和土体看成一个整体,将作用在支护结构上的土
压力视为这一整体的内力。
( 3)根据泉州某工程实例,建立三维有限元模型,按照工程实际将
土分层建模,计算模型利用基坑的对称性,取一半进行计算分析。将
ANSYS 软件计算得到的位移结果与实测的结果进行比较,验证了本文所
建立的计算模型的合理性。
( 4)利用以上建立的三维有限元模型对水泥土搅拌桩位移、竖向应
I
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力、剪应力等支护结构的重要指标进行了分析。包括了基本性状的分析
以及地面堆载大小、堆载作用位置、支护结构宽度、基坑宽度、基坑深
度、开挖速率等支护参数的影响分析,得到一系列可供实际设计施工参
考的结论。
( 5)软土夹层对搅拌桩支护结构的性能有着显著的影响,本文利用
前述有限元计算模型,分析了软土夹层的位置、厚度、土质对支护结构
性能的影响。
( 6)软土夹层具有一定的流变性质。本文采用一种实用的计算方法,
通过时变参数拟合模型中的 c 和φ在计算过程中随时间的变化,达到考虑
土体流变特性的目的,并通过工程实例验证了的参数的合理性。进而分
析了开挖完成后搅拌桩性状随时间的变化、软土夹层的流变性质对开挖
步布置的影响,得到了具有实践意义的创新性结论。
关键词: 基坑支护;水泥土搅拌桩;有限元;位移;竖向应力;剪应力;
软土夹层;流变

II
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ABSTRACT

Soil-cement mixing pile support structure is a kind of support forms
which is widely used in the area with soft soil. It is water-proof and the
material need just cement, so it is economical. It came into use broadly in
the last few years. putation methods putation method,
earthresistance method and finite-element method, among them, 3-D
finite-element method is able to analyze the displacement and stress of
support structure and soil in all. This paper summarized predecessors’
research findings, established 3-D finite-element model and analyzed the
property of mixing pile support structure roundly. An