雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力數(shù)值模擬研究

1、.：.；雙排樁支護(hù)構(gòu)造土壓力數(shù)值模擬摘 要：雙排樁支護(hù)構(gòu)造是一種新的深基坑支護(hù)方式，在進(jìn)展雙排樁支護(hù)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，土壓力的取值正確與否對(duì)支護(hù)體系設(shè)計(jì)能否合理起著決議作用，為了更準(zhǔn)確的進(jìn)展雙排樁支護(hù)構(gòu)造的設(shè)計(jì)必需了解作用在樁上的土壓力的分布情況，本文利用巖土工程分析軟件FLACD，運(yùn)用數(shù)值模擬方法研討了雙排樁土壓力的分布情況，得出前排樁樁前土壓力大致呈S形分布，其值比較接近于靜止土壓力；前排樁樁后土壓力大致與靜止土壓力一致，基坑開(kāi)挖面以上小于靜止土壓力，大于朗肯自動(dòng)土壓力，以下大于靜止土壓力；后排樁樁前土壓力大致呈線性分布并大致與靜止土壓力一致，在基坑開(kāi)挖面以上小于靜止土壓力，以下大于靜止土壓力；

2、后排樁樁后土壓力較接近靜止土壓力，大于朗肯自動(dòng)土壓力，在基坑開(kāi)挖面以上小于靜止土壓力，以下有大于靜止土壓力的部分；樁間土對(duì)前后排樁樁側(cè)的土壓力大致相等。在此根底上并思索了排距的影響，得出雙排樁的排距有合理的排距范圍。關(guān)鍵詞：雙排樁；有限差分；土壓力；數(shù)值模擬 中圖分類號(hào)：TU文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ANumerical simulation on soil pressure of double-row pile retaining structuresNIU Shuangjian, YANG Dafang, MA Huan(. School of Architecture & Civil Engineer

3、ing, China University of Mining and Technology, Xuzhou , China; . School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo , China)Abstract: Double-row pile supporting structure is a new form of deep foundation ditch support, in that design, the correctness of the value of soil pressure on

4、 the pile plays a critical role in supporting system design, in order to more accurately to design that structure,we must know about the soil pressure distribution of the double-row pile, that paper using the general international geotechnical engineering analysis software FLACD ,through numerical s

5、imulation methods, study soil pressure distribution of the double-row pile, come to the conclusion that the soil pressure before former row pile was roughly S-shaped distribution, its value was close to the static soil pressure; the soil pressure behind former row plie was consistent with the static

6、 soil pressure, upward of the excavation of foundation ditch was less than the static soil pressure,and greater than the Rankine soil pressure, underside of the excavation of foundation ditch was greater than the static soil pressure ; the soil pressure before rear row pile was roughly linear distri

7、bution and consistent with the static soil pressure , upward of the excavation of foundation ditch was less than the static soil pressure, underside of the excavation of foundation ditch was greater than the static soil pressure; the soil pressure behind rear row pile was close to the static soil pr

8、essure, and greater than the Rankine active soil pressure,in the excavation of foundation ditch was more than tne static soil pressure, underside of the excavation of foundation ditch was greater than the static soil pressure in part of pile ,the pressure of the soil between rows on pile side was ro

9、ughly equal. On that basis and taking into account the impact of the array pitch, we can concluded that the array pitch of double-row pile have a reasonable distance range.Key wards: double-row pile, finite difference, soil pressure, numerical simulation引言收稿日期：-作者簡(jiǎn)介：牛雙建-，男，河南省開(kāi)封市人，碩士研討生，研討方向：深基坑支護(hù)，：

10、sjniu。高層建筑的蓬勃開(kāi)展，使深基坑支護(hù)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，雙排支護(hù)柱方式便是其中之一。雙排樁支護(hù)方式在一定環(huán)境和施工條件下，具有側(cè)向剛度大、能有效限制側(cè)向變形、整體穩(wěn)定性好、便于挖土和縮短工期等優(yōu)點(diǎn)，與單排樁相比受力更加合理但也更復(fù)雜。目前，對(duì)雙排樁的研討普通多集中在對(duì)樁頂側(cè)移、樁身內(nèi)力方面-，很少有文獻(xiàn)研討雙排樁土壓力的分布。由于土壓力的取值直接影響樁身的設(shè)計(jì)，因此，研討雙排樁所受土壓力分布有重要的工程實(shí)踐意義。筆者利用巖土工程分析軟件FLACD建立三維雙排樁有限元模型，對(duì)雙排樁所受土壓力進(jìn)展了分析。有限元模型.根本假設(shè)忽略基坑開(kāi)挖和地下水對(duì)土體性質(zhì)的影響。土體為單一土層，且均質(zhì)、延續(xù)。基

11、坑開(kāi)挖時(shí)，假設(shè)地下水已降至設(shè)計(jì)標(biāo)高。為了與實(shí)踐相一致，樁底不加任何約束條件，自然嵌固?；禹斆鏇](méi)有超載作用。.工程概略該基坑長(zhǎng) m，寬 m，基坑開(kāi)挖深度 m，分兩次開(kāi)挖，第一次開(kāi)挖 m，第二次開(kāi)挖至基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高?；油馏w采用單一土層，為黏性土，密度為 kg/m，彈性模量E為 MPa，波松比為.，粘聚力c為 kPa，內(nèi)摩擦角為.。采用雙排樁支護(hù)構(gòu)造支護(hù)，前后兩排樁樁長(zhǎng)相等均為 m，嵌固深度均為 m，同一排樁間距取為. m，排距取為.d. m。采用預(yù)制混凝土方樁，在模擬過(guò)程中為了思索樁的擠土效應(yīng)，在地應(yīng)力平衡的時(shí)候先把樁土當(dāng)成彈性同一種資料進(jìn)展地應(yīng)力平衡，之后再改動(dòng)樁和土的資料屬性與參數(shù)進(jìn)展重新地

12、應(yīng)力平衡。樁的截面尺寸為bh=. m. m，E=. MPa，=.，樁的密度為 kg/m；樁頂連梁截面尺寸bh=. m. m，間距為. m，模型計(jì)算參數(shù)取值與混凝土樁一致，連梁與前后排樁節(jié)點(diǎn)采用剛結(jié)銜接。.有限元模型有限元模型的x軸方向尺寸：基坑寬度一半 m，基坑外邊境取倍基坑計(jì)算寬度，其寬度為 m，總長(zhǎng)為 m；y軸方向尺寸取一排樁的寬度，為. m；z軸方向尺寸：基坑開(kāi)挖 m，基底以下取倍基坑開(kāi)挖深度為 m，總長(zhǎng)為 m。.資料本構(gòu)模型混凝土方樁及連梁采用各向同性彈性模型，該模型在FLACD中需求輸入體積模量K、剪切模量G等參數(shù)；土體采用摩爾庫(kù)侖模型，該模型在FLACD中需求輸入K、G、c、等參數(shù)

13、。參數(shù)K、G分別由E/(-)、E/(+)計(jì)算得出?；娱_(kāi)挖土體采用零模型Null，零模型區(qū)域的應(yīng)力被設(shè)置為零，在FLACD可以很好地進(jìn)展開(kāi)挖、回填之類的模擬。樁與土之間設(shè)置接觸面，可以做相對(duì)滑動(dòng)，接觸面的法向和切向剛度均取土體彈性模量的倍，接觸面有足夠的強(qiáng)度傳送法向應(yīng)力。土壓力分析. 前排樁樁前被動(dòng)土壓力前排樁樁前被動(dòng)土壓力如下圖。由圖可知，其值分布大致呈S形分布，最大值出如今距基坑底 m處，其值超越了被動(dòng)土壓力值，大部分土壓力值比較接近于靜止土壓力值。因此，在雙排樁支護(hù)構(gòu)造內(nèi)力計(jì)算時(shí)，建議前排樁樁前被動(dòng)土壓力取被動(dòng)土壓力值。圖前排樁樁前被動(dòng)土壓力Fig. Passive soil press

14、ure before former row pile.前排樁樁后自動(dòng)土壓力前排樁樁后自動(dòng)土壓力如下圖。由圖可知，其值大致與靜止土壓力值分布一致，在基坑開(kāi)挖面以上其值小于靜止土壓力值，大于朗肯自動(dòng)土壓力值，在基坑開(kāi)挖面以下其值大于靜止土壓力值。因此在進(jìn)展雙排樁支護(hù)構(gòu)造內(nèi)力計(jì)算時(shí)，建議前排樁樁后自動(dòng)土壓力取值在基坑開(kāi)挖面以上取靜止土壓力值，在基坑開(kāi)挖面以下取靜止土壓力值乘以一個(gè)大于的系數(shù)或者朗肯被動(dòng)土壓力值的一個(gè)折減值，折減系數(shù)的取值可參考相關(guān)文獻(xiàn)-。.后排樁樁前被動(dòng)土壓力后排樁樁前被動(dòng)土壓力如下圖。由圖可知，其值大致呈線性分布，大致與靜止土壓力值分布一致。在基坑開(kāi)挖面以上其值小于靜止土壓力，在基

15、坑開(kāi)挖面以下大于靜止土壓力值，全段分布均遠(yuǎn)小于被動(dòng)土壓力值；因此在進(jìn)展雙排樁支護(hù)構(gòu)造內(nèi)力計(jì)算時(shí)，建議后排樁樁前被動(dòng)土壓力取朗肯被動(dòng)土壓力值的折減值。圖前排樁樁后自動(dòng)土壓力Fig. Active soil pressure behind former row pile圖后排樁樁前被動(dòng)土壓力Fig. Passive soil pressure before rear row pile.后排樁樁后被動(dòng)土壓力后排樁樁后自動(dòng)土壓力如下圖。由圖可知，后排樁樁后土壓力比較接近靜止土壓力分布，大于朗肯自動(dòng)土壓力，在基坑開(kāi)挖面以上小于靜止土壓力；在基坑開(kāi)挖面以下有大于靜止土壓力的分布部分，因此在進(jìn)展雙排樁支護(hù)構(gòu)

16、造內(nèi)力計(jì)算時(shí)，建議后排樁樁后自動(dòng)土壓力取值在基坑開(kāi)挖面以上取靜止土壓力圖后排樁樁后自動(dòng)土壓力Fig. Active soil pressurebehind rear row pile值，在基坑開(kāi)挖面以下取靜止土壓力值乘以一個(gè)大于的系數(shù)，適當(dāng)擴(kuò)展其值。.樁間土對(duì)前后排樁的土壓力樁間土對(duì)前后排樁的土壓力值如下圖。由圖可知，樁間土對(duì)前后排樁側(cè)的土壓力值大致相等，這進(jìn)一步闡明雙排樁支護(hù)中樁和樁間土是一個(gè)整體，前后排樁在樁頂連梁的作用下變形的一致性，同時(shí)也闡明在利用平面剛架或者改良的平面剛架進(jìn)展雙排樁支護(hù)構(gòu)造分析時(shí)，可以將樁間土視為薄緊縮層，利用彈簧將前后排樁銜接起來(lái)的方法進(jìn)展樁身內(nèi)力分析。圖樁間土對(duì)前

17、后排樁的土壓力Fig. Soil pressure affected by soil in double-row pile排距對(duì)土壓力的影響為了研討排距對(duì)雙排樁土壓力分布規(guī)律的影響，分別分析.、.、.、.倍雙排樁邊長(zhǎng)這四種工況。.前排樁樁前被動(dòng)土壓力各種排距下前排樁樁前被動(dòng)土壓力分布如下圖。由圖可知，各種排距下的前排樁樁前被動(dòng)土壓力最大值均在距基坑開(kāi)挖面下約 m處，隨著排距的增大其最大值增大；在基坑開(kāi)挖面以下，隨著排距的增大越來(lái)越接近靜止土壓力值。.前排樁樁后自動(dòng)土壓力各種排距下前排樁樁后自動(dòng)土壓力分布如下圖。由圖可知，在基坑開(kāi)挖面以上，隨著排距的增大，其值分布越來(lái)越接近朗肯自動(dòng)土壓力值的分布

18、；在基坑開(kāi)挖面以下，隨著排距的增大，其分布越來(lái)越接近靜止土壓力。.后排樁樁前被動(dòng)土壓力各種排距下后排樁樁前被動(dòng)土壓力分布如下圖。由圖可知，隨著排距的增大其值分布越來(lái)越小于朗肯被動(dòng)土壓力值。在基坑開(kāi)挖面以上隨著排距的增大，其分布越來(lái)越接近靜止土壓力的分布；在基坑開(kāi)挖面以下，隨著排距的增大，其分布越來(lái)越接近靜止土壓力值。圖不同排距下前排樁樁前被動(dòng)土壓力Fig. Passive soil pressure before former row pile under different row distance圖不同排距下前排樁樁后自動(dòng)土壓力Fig. Active soil pressure behin

19、d former row pile under different row distance.后排樁樁后被動(dòng)土壓力各種排距下后排樁樁后自動(dòng)土壓力分布如下圖。由圖可知，在基坑開(kāi)挖面以上隨著排距的增大，其值分布越來(lái)越接近朗肯自動(dòng)土壓力值的分布；在基坑開(kāi)挖面以下約 m處，各種排距下的后排樁樁后自動(dòng)土壓力值均大于靜止土壓力值，隨著排距的增大，其分布越來(lái)越接近靜止土壓力值。.樁間土對(duì)前后排樁的土壓力各種排距下樁間土對(duì)前后排樁的土壓力值分布如圖所示。由圖可知，各種排距下樁間土對(duì)前后排樁樁側(cè)的土壓力大致相等，在排距超越倍圖不同排距下后排樁樁前被動(dòng)土壓力Fig. Passive soil pressure b

20、efore rear row pile under different row distance圖不同排距后排樁樁后自動(dòng)土壓力Fig. Active soil pressure behind rear row pile under different row distance圖排距.d時(shí)樁間土對(duì)前后排樁土壓力Fig. Soil pressure affected by soil in double-row pile on row distance .d樁徑時(shí)樁間土對(duì)前排樁后側(cè)的土壓力值變大，這進(jìn)一步闡明在排距較合理的情況下，雙排樁支護(hù)體系中由于樁頂連梁的銜接作用，使前后排樁和樁間土成為一個(gè)變形

21、一致的整體。結(jié)論雙排樁前排樁樁前被動(dòng)土壓力大致呈S形分布，最大值發(fā)生在距基坑開(kāi)挖面約 m處，大部分土壓力分布比較接近于靜止土壓力；隨著排距的增大其最大值增大，其值分布越來(lái)越接近靜止土壓力。雙排樁前排樁樁后自動(dòng)土壓力大致與靜止土壓力一致，在基坑開(kāi)挖面以上其值小于靜止土壓力，大于朗肯自動(dòng)土壓力，在基坑開(kāi)挖面以下其值大于靜止土壓力；隨著排距的增大，在基坑開(kāi)挖面以上分布越來(lái)越接近朗肯自動(dòng)土壓力，在基坑開(kāi)挖面以下，其分布越來(lái)越接近靜止土壓力值。雙排樁后排樁樁前被動(dòng)土壓力值大致呈線性圖排距.d時(shí)樁間土對(duì)前后排樁土壓力Fig. Soil pressure affected by soil in double

22、-row pile on row distance .d圖排距d時(shí)樁間土對(duì)前后排樁土壓力Fig. Soil pressure affected by soil in double-row pile on row distance d圖排距.d時(shí)樁間土對(duì)前后排樁土壓力Fig. Soil pressure affected by soil in double-row pile on row distance .d分布，大致與靜止土壓力值分布一致。在基坑開(kāi)挖面以上其值小于靜止土壓力，在基坑開(kāi)挖面以下其值大于靜止土壓力值，全段分布均遠(yuǎn)小于被動(dòng)土壓力；隨著排距的增大，在基坑開(kāi)挖面以上其分布越來(lái)越接近靜止土壓力。雙排樁后排樁樁后自動(dòng)土壓