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新型门架式水力插板桩的设计理论及关键技术研究

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1绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2研究现状

1.2.1挡土结构设计计算方法研究现状

1.2.2双排桩围护结构研究现状

1.3新型门架式水力插板桩工程应用亟待解决的问题

1.4本文主要研究内容和方法

2新型门架式水力插板桩设计计算方法

2.1新型门架式水力插板桩及后排桩设计长度

2.1.1计算模型

2.1.2土体剪切破坏面

2.1.3门架式水力插板桩前后排桩上的土压力分布

2.1.4新型门架式水力插板桩及其土压力分布

2.1.5新型门架式水力插板桩的设计长度

2.2新型门架式水力插板桩的抗倾覆稳定性验算

2.3新型门架式水力插板桩的桩身强度验算

2.4新型门架式水力插板桩的整体稳定性验算

2.4.1简化Bishop法

2.4.2新型门架式水力插板桩的整体稳定性验算方法

2.5新型门架式水力插板桩的抗隆起稳定性验算

2.5.1地基承载力公式法

2.5.2圆弧抗涌土法

2.6新型门架式水力插板桩的抗渗流稳定性验算

2.7新型门架式水力插板桩的前排桩埋置深度

2.8计算实例

2.8.1计算实例概况

2.8.2算例的初步设计

2.8.3算例的稳定性验算

2.8.4验算结论及经济评价

2.9本章小节

3新型门架式水力插板桩非线性有限元分析

3.1引言

3.2土体的模拟

3.2.1破坏准则

3.2.2屈服准则

3.2.3流动准则

3.3桩与土相互作用模拟

3.3.1接触单元

3.3.2接触单元的验证

3.4非线性有限元法

3.4.1初应力法

3.4.2单元破坏后的应力修正

3.5开挖过程的有限元模拟

3.5.1基本假设

3.5.2有限元控制方程

3.5.3有限元模拟步骤

3.6有限元分析实例

3.6.1计算实例概况

3.6.2新型门架式水力插板桩围护结构设计及稳定性验算

3.6.3分析方案

3.6.4有限元模型

3.6.5计算结果及分析

3.7本章小节

4新型门架式水力插板桩地震反应分析

4.1引言

4.2新型门架式水力插板桩的动力非线性有限元分析模型

4.2.1土与结构动力相互作用的控制方程

4.2.2求解方法

4.2.3土体的本构模型

4.2.4接触单元

4.3计算实例

4.3.1计算实例概况

4.3.2有限元模型

4.3.3动力响应分析

4.4本章小节

5全文结论与研究展望

5.1全文结论

5.2研究展望

参考文献

博士在读期间发表的论文

致谢

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摘要

门架式水力插板桩是近几年才发展起来的一种新型的空间支护结构,目前正处于试验研究阶段,理论上还没有一套完善的算法,在结构形式、力学性能、计算模型、计算方法和破坏机理等方面都需要进行深入系统的研究。 本文根据桩间土刚塑性体理论和极限平衡理论,提出了一种新型门架式水力插板桩支护结构型式。然后,采用理论分析、数值模拟等方法对新型门架式水力插板桩的设计计算理论、设计中的关键技术和力学性能展开了深入系统的研究,研究工作成果如下: (1)根据极限平衡理论和桩间土刚塑性体理论,推导了桩间土剪切面方程。在不改变门架式水力插板桩土体滑移面的前提下,缩短后排桩长度,进而改进门架式水力插板桩的截面型式,提出新型门架式水力插板桩结构型式; (2)借鉴基坑支护结构设计计算理论,对新型门架式水力插板桩的桩身强度、抗倾覆稳定性能、抗滑移稳定性能、抗隆起稳定性能和抗渗流稳定性能进行了计算分析,给出了新型门架式水力插板桩支护结构设计计算方法,编制了相应的设计计算程序。给出工程设计计算实例,并进行经济效益分析; (3)考虑土体的材料非线性和桩土接触状态的非线性,建立了新型门架式水力插板桩的有限元分析模型;利用建立的有限元分析模型,结合工程实例,分析了新型门架式水力插板桩在水/土等荷载作用下的力学性能,得到了一些有意义的结论; (4)利用建立的有限元分析模型结合工程实例,研究了新型门架式水力插板桩在地震荷载作用下的动力特性和动力响应,研究表明在地震作用下,新型门架式水力插板桩的抗震性能良好。

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