地下连续墙受力分析模型的研究.pdf

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 45 地下连续墙受力分析模型的研究 王 聪 赵永宽 何 娟 赵 猛 陈明有 中建八局西南建设建筑工程有限公司，北京 100000 摘要：摘要：地下连续墙是一种常见的地下结构，其受力性能对于建筑物的整体稳定性和地下工程的安全性具有重要影响。本研究旨在深入研究地连墙的受力分析模型，为地下工程的设计和施工提供理论支持和指导。本研究的目标是提供更准确和可靠的地下连续墙受力分析模型，以指导地下工程的设计和施工。通过进一步的研究和改进，地下连续墙的安全性和可靠性将得到显著提升。关键词：关键词：地下连续墙；受力分析；有限元方法 中图分类号：中图分类号：TU753 随着城市化进程的加快，城市地下空间利用率的要求逐步提，深基坑工程项目日益增多，地下连续墙作为一种优势较为明显的支护结构形式，应用也日益广泛。由于地下连续墙的刚度较大，抗渗性较好，许多项目采用“两墙合一”的结构形式，既做支护结构又做主体结构，其受力性能对于建筑物的整体稳定性和地下工程的安全性具有重要影响。在地下水位变化、土体沉降、地震等极端情况下，地连墙的受力分析模型尤为关键。因此，研究地连墙的受力性能和分析模型，对于提高地下结构的安全性和可靠性具有重要意义。本文旨在对地连墙的受力分析模型进行深入研究，为地下工程的设计和施工提供理论支持和指导。1 地连墙的力学特征 1.1 地连墙的定义 地连墙是一种地下工程结构，用于控制和支护土体，在地下空间中形成一个连续的挡土墙。它通常由钢板桩、混凝土桩或混凝土墙板等组成，并与地下土体相互作用以承受土压力和地下水压力。地下连续墙主要形式有：板壁式、T 形、格形地下连续墙、预应力U 形折板地下连续墙1。1.2 地连墙的力学特性概述 地连墙在地下工程中承担着重要的支撑和防护作用，其力学特性对于地下工程的稳定性和安全性具有至关重要的影响。主要的力学特性包括承载力、变形特性、稳定性和疲劳性能。承载力和稳定性方面，研究发现地连墙的承载力与其结构形式、材料、墙体厚度和地下水位等因素密切相关2。在变形特性方面，地连墙的侧向位移、墙体变形和整体沉降等变形量与土压力、墙体厚度、墙体材料和墙体间距等因素有关3。1.3 地连墙的受力机理 地连墙的受力机理包括土压力、摩擦力、土体变形和地下水等多个方面的因素。2 地连墙受力分析模型的建立 2.1 模型的基本假设 地连墙受力分析模型通常需要根据一定的假设条件来进行建立和求解。以下是一些常见的假设条件：地连墙是一个刚体结构，不考虑地连墙自身的变形和变形对土体和地下水的影响；土体是一个均匀、连续、弹性和均质介质，不考虑土体的非线性、不均匀性和非连续性等因素；地下水是一个静态水压力场，不考虑地下水流动和地下水位的变化等因素；墙体与土体之间的摩擦力和土体对墙体的侧向支撑力均服从柯氏分布；土体的松密系数、内摩擦角和土的重度等参数是均匀、连续和正态分布的。以上假设条件是基于对地连墙受力分析模型的简化和近似处理，是为了方便分析和求解而进行的。在实际工程中，需要根据实际情况对假设条件进行合理的调整和修正，以提高地连墙受力分析模型的精度和可靠性。2.2 模型的建立过程 2.2.1 地连墙结构形式和材料的描述 在这一步中，需要对地连墙的墙体类型、墙体厚度、墙体高度、墙体倾角等进行描述。一般情况下，地连墙的墙体可以视为等效的单层板梁结构，其抗弯强度可以用简单的梁理论计算。2.2.2 外部荷载和边界条件的确定 中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 46 一般情况下，水平土压力可以采用库仑或 c-理论进行计算。（1）库仑土压力是一种常用的土压力计算方法，它适用于各种有倾角的地面和墙背条件，也可考虑墙背与填土间的摩擦力4。根据库仑土压力理论，土体的侧压力与土体的垂直深度成正比，而与土体的内摩擦角有关。库伦土压力计算理论可以通过以下公式表示：P=Ka*H*cos()P 是土压力，Ka 是活动土压力系数，是土体的单位重量，H 是土体的垂直深度，是土体的内摩擦角。（2）c-理论是一种常用于土力学中的土壤抗剪强度计算理论，用于估计土壤的抗剪强度参数，即剪切强度的准则参数。根据 c-理论，土壤的抗剪强度可以通过以下公式计算：=c+n tan()表示土壤的剪切强度，c 表示土壤的凝聚力，n表示土壤的法向应力，表示土壤的内摩擦角。2.2.3 地连墙和土体之间相互作用模型的建立 需要对地连墙和土体之间的相互作用建立合理的模型，一般可以采用弹性基础理论或弹塑性理论进行建模。2.2.4 受力分析方程的建立和求解 在这一步中，需要根据所选用的数学方法，建立地连墙的受力分析方程，求解地连墙的内力、位移和稳定性等参数。地连墙受力分析模型的建立过程需要综合考虑地连墙的结构形式、荷载和边界条件等因素，采用合理的假设条件和数学方法，以求得地连墙的内力、位移和稳定性等参数，为工程实践提供科学依据。2.3 模型的优缺点 地连墙受力分析模型作为一种科学的分析方法，具有以下优点：（1）可以为工程实践提供科学依据，指导设计和施工。地连墙受力分析模型可以分析地连墙在不同荷载和边界条件下的受力情况，为工程设计和施工提供参考和指导。（2）可以为地连墙的监测和维护提供参考。地连墙受力分析模型可以模拟地连墙在长期使用中可能遇到的各种受力情况，通过监测数据的比对，判断地连墙的结构状态，为维护提供依据。（3）可以定量评估地连墙的稳定性和安全性。地连墙受力分析模型可以通过数值计算的方法，对地连墙在各种荷载和边界条件下的稳定性和安全性进行定量评估，为工程设计和施工提供参考。然而，地连墙受力分析模型也存在一些缺点，例如:模型建立过程受到多种因素影响、模型的建立以及求解具有复杂性、模型的结果可能受到假设的限制等。因此，在实际应用中需要谨慎评估模型的优缺点，并选择合适的方法进行受力分析。3 地连墙受力分析方法 3.1 模型的应用条件 地连墙受力分析模型是一种理论模型，其应用需要满足一定的条件。首先，地连墙必须是一个封闭的结构，即其周围必须有一定的支撑条件。其次，地连墙的基础必须足够稳固，以保证墙体的稳定性，对于复杂的墙体结构，可能需要进行一些简化或适当的假设。简化方法常用有平面假设、材料简化、界面简化、土体简化四种方法 3.2 模型的具体应用步骤 首先，确定地连墙的几何尺寸和材料参数，包括墙体高度、墙厚、墙底宽度、土壤的重度和内摩擦角等参数。利用地连墙的力学特性，建立地连墙受力分析模型。根据模型建立方程，解析地连墙的内力分布，包括土壤侧力、土压力、水平支撑力和扭矩等。利用计算机模拟软件，进行模型计算和验证，检查模型的准确性和可靠性。根据地连墙的受力情况，评估地连墙的稳定性，并提出相应的加固措施。3.3 地连墙受力分析模型的种类 地连墙受力分析模型是基于土壤力学原理和墙体力学特性建立的理论模型，用于研究钢筋混凝土地连墙在地下结构中的受力情况。该模型可分为以下几种类型：（1）弹性理论型地连墙受力分析模型：该类型模型基于弹性力学原理，假设地连墙和土体均为线弹性材料，忽略土体的非线性特性，用弹性理论分析地连墙受力情况。（2）极限平衡法型地连墙受力分析模型：该类型模型基于土体的极限平衡状态，假设土体已达到极中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 47 限平衡状态，应用力学平衡原理分析地连墙的受力情况。（3）有限元方法型地连墙受力分析模型：该类型模型基于有限元方法，将地连墙和土体离散化为多个有限元单元，建立有限元模型，并利用计算机模拟进行分析。4 结果分析与讨论 4.1 模型的适用性分析 基于弹性理论的地连墙受力分析模型适用于地连墙高度较低、土体具有较好的均质性和连续性的情况。基于极限平衡法的地连墙受力分析模型适用于地连墙高度较高、土体具有不均匀性和非连续性的情况。基于有限元方法的地连墙受力分析模型适用于地连墙和土体具有复杂几何形状和边界条件的情况。不同类型的地连墙受力分析模型各具特点，应根据具体情况选择合适的模型进行分析。基于弹性理论的模型适用于地连墙高度较低、土体具有较好的均质性和连续性的情况；基于极限平衡法的模型适用于地连墙高度较高、土体不均匀或非连续的情况；而基于有限元方法的模型适用于地连墙 4.2 模型的优化方向探讨 4.2.1 模型精度的提高 目前地连墙受力分析模型的精度已经得到了很大的提高，但仍然存在一些误差。可以通过进一步改进模型中土体的力学参数的确定方法，提高土体参数的精度，以及对模型中其他参数的优化，如边界条件、土体结构等，来提高模型的精度。4.2.2 模型适用性的提高 目前地连墙受力分析模型的适用范围较为有限，如弹性理论模型只适用于地连墙高度较低、土体具有较好的均质性和连续性的情况。可以通过对不同类型的土体和地连墙进行研究，以及采用更加灵活的模型设计和算法，来提高模型的适用性。4.2.3 模型计算速度的提高 地连墙受力分析模型需要进行大量的计算和时间，计算速度较慢，特别是对于基于有限元方法的模型。可以通过采用更加高效的计算算法、优化计算方法和算法，并且利用高性能计算技术来提高模型的计算速度。4.2.4 模型可视化和交互性的提高 地连墙受力分析模型的结果通常以表格或图形的形式呈现，不便于人们的直观理解。可以通过开发更加直观、易于操作的可视化软件，来提高模型的可视化和交互性，从而更好地帮助使用者理解和分析地连墙的受力情况。地连墙受力分析模型的优化方向是多方面的，需要综合考虑模型精度、适用性、计算速度以及可视化和交互性等方面，不断推动地连墙受力分析技术的发展和进步。4.3 讨论与结论（1）地连墙受力分析模型是一种重要的土木工程分析方法，可以有效地分析地连墙受力情况。不同的模型具有不同的适用范围和计算方法，可以根据具体情况选择适当的模型进行分析。（2）在地连墙受力分析模型的应用中，需要考虑土体的复杂性和不确定性，因此在土体参数的测定和模型的设计中需要充分考虑这些因素，以提高分析的精度和适用性。（3）地连墙受力分析模型的优化方向包括提高模型精度、提高模型适用性、提高计算速度和提高模型的可视化和交互性等方面。这些方向的优化可以通过不断改进模型的算法和计算方法，优化土体参数和其他模型参数的确定方法，以及采用高性能计算技术等方法来实现。5 结语 本文对地连墙受力分析模型进行了综合研究，涵盖了地连墙的基本结构、受力特征、模型种类、应用方法和优化方向等方面。主要贡献包括：深入探讨了地连墙受力分析模型的基本原理和应用方法，全面阐述了其重要性和价值。对地连墙受力分析模型的种类和适用性进行了详细分析，提出了各模型的优缺点和适用范围，为工程实践提供了参考和指导。探讨了地连墙受力分析模型的优化方向，包括提高精度、适用性、计算速度和可视化交互性等方面的措施，为未来发展提供了新思路。然而，本研究仍有待进一步深入研究和实践验证。未来的工作需要更注重实践验证和案例分析，以验证和完善地连墙受力分析模型的精度和适用性。同时，在算法和计算方法等方面进行更深入的探讨和改进，提高计算效率和稳定性。综上所述，本研究为土木工程研究和实践提供了中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 48 重要参考，未来的研究需要进一步深入，推动地连墙受力分析模型的发展和应用。参考文献 1龚晓南,侯伟生等.深基坑工程设计施工手册M.北京:中国建筑工业出版社,2017.2Dai,M.,Shi,B.,Xu,Q.,&Ding,W.Analysis on Deformation Characteristics of Anchor Retaining Wall Based 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