深基坑工程建模理論與穩(wěn)定性評(píng)判的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、基坑工程中的數(shù)值仿真存在著許多的技術(shù)難題,本文在系統(tǒng)總結(jié)基坑工程中存在的關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上,從基坑的建模、反分析方法、穩(wěn)定性分析及臨界變形指標(biāo)幾個(gè)方面進(jìn)行了深入研究,提出了相應(yīng)的解決方法.傳統(tǒng)有限元模擬大型深基坑施工時(shí),模型難以真實(shí)反映擋墻和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彎曲變形效應(yīng),故其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相差較大,這對(duì)工程是不利的.為了在數(shù)值模擬方面力求合理地反映基坑工程中復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的實(shí)際效應(yīng),迫切需要建立一種新的數(shù)值計(jì)算模型,一方面可以提高傳統(tǒng)有限元的計(jì)算

2、精度,另一方面,既可直接應(yīng)用于三維實(shí)體和中厚度板殼結(jié)構(gòu)又易于與其它帶轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的梁單元相容,并且在處理復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)體時(shí)無需引入任何過渡單元就可完成數(shù)值實(shí)施.本文首先建立了一種新型單元——RH8單元,推導(dǎo)了該單元的確定性有限元及隨機(jī)有限元列式,建立了基坑的有限元數(shù)值模擬的新模型;在此基礎(chǔ)上本文對(duì)基坑的動(dòng)態(tài)模擬及基坑的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究.全文的主要內(nèi)容如下:1.基于非協(xié)調(diào)元理論和修正的Reissner泛函中引入獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)場的變分原理,將轉(zhuǎn)角自由

3、度作為獨(dú)立自由度,創(chuàng)建了一種新的三維八結(jié)點(diǎn)單元—RH8單元,并根據(jù)變分原理推導(dǎo)了相應(yīng)的有限元列式,最后還對(duì)其適用性進(jìn)行了討論.2.將本文所建立的單元用于梁、板、塊體同時(shí)存在的復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)體系問題當(dāng)中,討論了該單元在處理聯(lián)結(jié)問題的優(yōu)勢,通過若干考例驗(yàn)證了該單元在計(jì)算組合結(jié)構(gòu)時(shí)的合理性.3.提出了帶獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的隨機(jī)變分原理,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了新型單元的隨機(jī)有限元列式.4.基于新型單元模式對(duì)連續(xù)墻、支撐及土體進(jìn)行模擬,從而建立了基坑施工模擬

4、的新模型,對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用中該模型存在的問題及解決方法進(jìn)行了探討.5.系統(tǒng)綜述了反分析計(jì)算方法,對(duì)目前反分析中存在的問題進(jìn)行了總結(jié).針對(duì)實(shí)際存在的問題,提出了并行進(jìn)化演化反演算法,采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷刖幹屏讼鄳?yīng)的程序,驗(yàn)證了該算法的有效性.6.在干擾能量法和超變形法的基礎(chǔ)上,提出了基坑穩(wěn)定評(píng)判的廣角度綜合評(píng)判法.同時(shí)考慮參數(shù)的隨機(jī)性,以桿件的干擾能量作為功能函數(shù),提出了支撐體系的體系可靠度計(jì)算方法,采用可靠度來對(duì)基坑的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià).7