双排桩支护结构土压力数值模拟研究7333.docx

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1、双排桩支支护结构构土压力力数值模模拟摘要：双双排桩支支护结构构是一种种新的深深基坑支支护形式式，在进进行双排排桩支护护结构设设计时，土压力力的取值正确确与否对对支护体体系设计计是否合合理起着着决定作作用，为为了更准准确的进进行双排排桩支护护结构的的设计必必须了解解作用在在桩上的的土压力力的分布布情况，本本文利用用岩土工工程分析析软件FFLACC3D，运用数值模拟方法研究了双排桩土压力的分布情况，得出前排桩桩前土压力大致呈S形分布，其值比较接近于静止土压力；前排桩桩后土压力大致与静止土压力一致，基坑开挖面以上小于静止土压力，大于朗肯主动土压力，以下大于静止土压力；后排桩桩前土压力大致呈线性分布并

2、大致与静止土压力一致，在基坑开挖面以上小于静止土压力，以下大于静止土压力；后排桩桩后土压力较接近静止土压力，大于朗肯主动土压力，在基坑开挖面以上小于静止土压力，以下有大于静止土压力的部分；桩间土对前后排桩桩侧的土压力大致相等。在此基础上并考虑了排距的影响，得出双排桩的排距有合理的排距范围。关键词：双排桩桩；有限差差分；土压力力；数值模模拟中图分类类号：TU47文献标标识码：ANumeericcal simmulaatioon oon ssoill presssurre oof ddoubble-roww pilee retaainiing struuctuuressNIU Shuuanggji

3、ann1, YAANG Dafangg2, MAA Huann1(1.SSchoool of Arcchittectturee & Civvil Enggineeeriing, Chhinaa Unniveersiity of Minningg annd TTechhnollogyy, Xuuzhoou 22210008, Chinna; 2.Schhooll off Ciivill Ennginneerringg, HHenaanPoolyttechhniccUniiverrsitty, Jiaaozuuo45540003, Chhinaa)Absttracct: Douublee-roow

4、 ppilee suuppoortiing strructturee iss a neww foorm of deeep ffounndattionn diitchh suuppoort, inn thhis dessignn, tthe corrrecctneess of thee vaaluee off sooil preessuure on thee piile plaays a ccritticaal rrolee inn suuppoortiing sysstemm deesiggn, in ordder to morre aaccuurattelyy too deesiggn tt

5、hiss sttruccturre,wwe mmustt knnow aboout thee sooil preessuure disstriibuttionn off thhe ddoubble-roww piile, thhis papper usinng tthe genneraal iinteernaatioonall geeoteechnnicaal eengiineeerinng aanallysiis ssofttwarre FFLACC3D ,thhrouugh nummeriicall siimullatiion metthodds, stuudy soiil ppresss

6、urre ddisttribbutiion of thee dooublle-rrow pille, comme tto tthe conncluusioon tthatt thhe ssoill prresssuree beeforre fformmer roww piile wass rooughhly S-sshapped disstriibuttionn, iits vallue wass cllosee too thhe sstattic soiil ppresssurre; thee sooil preessuure behhindd foormeer rrow pliie wwa

7、s connsisstennt wwithh thhe sstattic soiil ppresssurre, upwwardd off thhe eexcaavattionn off foounddatiion dittch wass leess thaan tthe staaticc sooil preessuure,andd grreatter thaan tthe Rannkinne ssoill prresssuree, uundeersiide of thee exxcavvatiion of fouundaatioon dditcch wwas greeateer tthann

8、thhe sstattic soiil ppresssurre ; thhe ssoill prresssuree beeforre rrearr roow ppilee waas rrougghlyy liineaar ddisttribbutiion andd coonsiisteent witth tthe staaticc sooil preessuure , uupwaard of thee exxcavvatiion of fouundaatioon dditcch wwas lesss tthann thhe sstattic soiil ppresssurre, undders

9、sidee off thhe eexcaavattionn off foounddatiion dittch wass grreatter thaan tthe staaticc sooil preessuure; thhe ssoill prresssuree beehinnd rrearr roow ppilee waas cclosse tto tthe staaticc sooil preessuure, annd ggreaaterr thhan thee Raankiine acttivee sooil preessuure,in thee exxcavvatiion of fou

10、undaatioon dditcch wwas morre tthann tnne sstattic soiil ppresssurre, undderssidee off thhe eexcaavattionn off foounddatiion dittch wass grreatter thaan tthe staaticc sooil preessuure in parrt oof ppilee ,tthe preessuure of thee sooil bettweeen rrowss onn piile sidde wwas rouughlly eequaal. On thiis

11、 bbasiis aand takkingg innto acccounnt tthe imppactt off thhe aarraay ppitcch, we cann coonclludeed tthatt thhe aarraay ppitcch oof ddoubble-roww piile havve aa reeasoonabble disstannce rannge.Key warrds: dooublle-rrow pille, finiite difffereencee, ssoillpreessuure, nuumerricaal ssimuulattionn0引言言收稿

12、日期：2008-03-03作者简介：牛双建（1983-），男，河南省开封市人，硕士研究生，研究方向：深基坑支护，E-mail：sjniu2006。高层建筑筑的蓬勃勃发展，使使深基坑坑支护新新技术不不断涌现现，双排支支护柱形形式便是是其中之之一。双双排桩支支护形式在一一定环境境和施工工条件下下，具有侧侧向刚度度大、能能有效限限制侧向向变形、整体稳稳定性好好、便于挖挖土和缩缩短工期期等优点点1，与单排排桩相比比受力更更加合理但但也更复复杂。目目前，对双排排桩的研研究一般般多集中中在对桩桩顶侧移移、桩身身内力方方面22-6，很少少有文献献研究双双排桩土土压力的的分布。由由于土压压力的取取值直接接影响

13、桩桩身的设计计，因此此，研究双双排桩所所受土压压力分布布有重要要的工程程实际意意义。笔笔者利用用岩土工工程分析析软件FFLACC3D建建立三维维双排桩桩有限元元模型，对对双排桩桩所受土土压力进进行了分分析。1有限元元模型1.1基基本假设设（1）忽忽略基坑坑开挖和和地下水水对土体体性质的的影响。（2）土土体为单单一土层层，且均均质、连连续。（3）基基坑开挖挖时，假设地地下水已已降至设设计标高高。（4）为为了与实实际相一一致，桩底不不加任何何约束条条件，自自然嵌固固。（5）基基坑顶面面没有超超载作用用。1.2工工程概况况该基坑长长50 m，宽宽24 m，基基坑开挖挖深度88 m，分分两次开开挖，第

14、第一次开开挖3 m，第第二次开开挖至基基坑设计计标高。基基坑土体体采用单单一土层层，为黏性土，密密度为15600 kgg/m3，弹性模模量E为655 MPPa，波波松比为0.3，粘粘聚力cc为300 kPPa，内内摩擦角角为166.1。采用双双排桩支支护结构构支护，前前后两排排桩桩长长相等均均为188 m，嵌固深深度均为为10 m，同一排排桩间距距取为11.8 m，排排距取为为2.55d（1.55 m）。采用预制制混凝土土方桩，在在模拟过过程中为为了考虑虑桩的挤挤土效应应，在地地应力平平衡的时时候先把把桩土当当成弹性性同一种种材料进进行地应应力平衡衡，之后后再改变变桩和土土的材料料属性与与参数

15、进进行重新新地应力力平衡。桩桩的截面面尺寸为为bh=0.66 m0.66 m，E=2.5104 MPPa，=0.2，桩的密密度为25000 kkg/mm3；桩顶连连梁截面面尺寸bbh=0.66 m0.55 m，间间距为11.8 m，模模型计算算参数取取值与混混凝土桩桩一致，连连梁与前前后排桩桩节点采采用刚结结连接。1.3有有限元模模型有限元模模型的xx轴方向向尺寸：基坑宽宽度一半半12 m，基基坑外边边界取44倍基坑坑计算宽宽度，其其宽度为为48 m，总总长为660 mm；y轴方向向尺寸取取一排桩桩的宽度度，为00.6 m；z轴方向向尺寸：基坑开开挖8 m，基基底以下下取5倍基基坑开挖挖深度为

16、为40 m，总总长为448 mm。1.4材材料本构构模型混凝土方方桩及连连梁采用用各向同同性弹性性模型，该模型型在FLLAC33D中需需要输入入体积模模量K、剪切切模量GG等参数；土体采采用摩尔尔库仑模模型，该该模型在在FLAAC3DD中需要要输入KK、G、c、等参数数。参数数K、G分别别由E/3(1-)、E/2(1+)计算得得出。基坑开开挖土体体采用零零模型（Null），零模型区域的应力被设置为零，在FLAC3D可以很好地进行开挖、回填之类的模拟7。桩与土之之间设置置接触面面，可以以做相对对滑动，接接触面的的法向和和切向刚刚度均取取土体弹弹性模量量的100倍，接接触面有有足够的的强度传传递法

17、向向应力。2土压力力分析2.1 前排桩桩桩前被被动土压压力前排桩桩桩前被动动土压力力如图11所示。由由图1可知，其值分布布大致呈呈S形分分布，最最大值出出现在距距基坑底底2 mm处8，其值值超过了了被动土土压力值值，大部部分土压压力值比比较接近近于静止止土压力力值。因此，在双排排桩支护护结构内内力计算算时，建建议前排排桩桩前前被动土土压力取取被动土土压力值值。图1前排排桩桩前前被动土土压力Fig.1Passsivee sooil preessuure befforee foormeer rrow pille2.2前前排桩桩桩后主动土压压力前排桩桩桩后主动动土压力力如图22所示。由由图2可知，其

18、其值大致致与静止止土压力力值分布布一致，在在基坑开开挖面以以上其值值小于静静止土压压力值，大大于朗肯肯主动土土压力值值，在基基坑开挖挖面以下下其值大大于静止止土压力力值。因此在在进行双双排桩支支护结构构内力计计算时，建建议前排排桩桩后后主动土土压力取取值在基基坑开挖挖面以上上取静止止土压力力值，在在基坑开开挖面以以下取静静止土压压力值乘乘以一个个大于11的系数数或者朗朗肯被动动土压力力值的一一个折减减值，折折减系数数的取值值可参考考相关文献献9-10。2.3后后排桩桩桩前被动动土压力力后排桩桩桩前被动动土压力力如图33所示。由由图3可知，其其值大致致呈线性性分布，大大致与静静止土压压力值分分布

19、一致致。在基坑坑开挖面面以上其其值小于于静止土土压力，在在基坑开开挖面以以下大于于静止土土压力值值，全段段分布均均远小于于被动土土压力值值；因此此在进行行双排桩桩支护结结构内力力计算时时，建议议后排桩桩桩前被被动土压压力取朗朗肯被动动土压力力值的折折减值。图2前排排桩桩后后主动土土压力Fig.2Actiive soiil ppresssurre bbehiind forrmerr roow ppilee图3后排排桩桩前前被动土土压力Fig.3Passsivee sooil preessuure befforee reear roww piile2.4后后排桩桩桩后被动动土压力力后排桩桩桩后主动

20、动土压力力如图44所示。由由图4可知，后后排桩桩桩后土压压力比较较接近静静止土压压力分布布，大于朗肯主动土土压力，在在基坑开开挖面以以上小于于静止土土压力；在基坑坑开挖面面以下有有大于静静止土压压力的分分布部分分，因此此在进行行双排桩桩支护结结构内力力计算时时，建议议后排桩桩桩后主主动土压压力取值值在基坑坑开挖面面以上取取静止土土压力图4后排排桩桩后后主动土土压力Fig.4Actiive soiil ppresssurrebeehinnd rrearr roow ppilee值，在基基坑开挖挖面以下下取静止止土压力力值乘以以一个大大于1的的系数，适适当扩大大其值。2.5桩桩间土对对前后排排桩的

21、土土压力桩间土对对前后排排桩的土土压力值值如图55所示。由由图5可知，桩间土土对前后后排桩侧侧的土压压力值大大致相等等，这进进一步说说明双排排桩支护护中桩和和桩间土土是一个个整体，前前后排桩桩在桩顶顶连梁的的作用下下变形的的一致性性，同时时也说明明在利用用平面刚刚架或者者改进的的平面刚刚架进行行双排桩桩支护结结构分析析时，可以将将桩间土土视为薄薄压缩层层，利用用弹簧将将前后排排桩连接接起来的的方法进进行桩身身内力分分析。图5桩间间土对前前后排桩桩的土压压力Fig.5 Soill prresssuree afffecctedd byy sooil in douublee-roow ppilee3

22、排距距对土压压力的影影响为了研究究排距对对双排桩桩土压力力分布规规律的影影响，分分别分析析1.55、2.5、33.0、33.5倍倍双排桩桩边长这这四种工工况。3.1前前排桩桩桩前被动动土压力力各种排距距下前排排桩桩前前被动土土压力分分布如图图6所示。由由图6可知，各种排排距下的的前排桩桩桩前被被动土压压力最大值均均在距基基坑开挖挖面下约约2 m处，随着排排距的增增大其最最大值增增大；在基坑坑开挖面面以下，随随着排距距的增大大越来越越接近静静止土压压力值。3.2前前排桩桩桩后主动土压压力各种排距距下前排排桩桩后后主动土土压力分分布如图图7所示。由由图7可知，在基坑坑开挖面面以上，随随着排距距的增

23、大大，其值值分布越越来越接接近朗肯肯主动土土压力值值的分布布；在基基坑开挖挖面以下下，随着着排距的的增大，其其分布越越来越接接近静止止土压力力。3.3后后排桩桩桩前被动动土压力力各种排距距下后排排桩桩前前被动土土压力分分布如图图8所示。由由图8可知，随着排排距的增增大其值值分布越越来越小小于朗肯肯被动土土压力值值。在基基坑开挖挖面以上上随着排排距的增增大，其其分布越越来越接接近静止止土压力力的分布布；在基基坑开挖挖面以下下，随着着排距的的增大，其其分布越越来越接接近静止止土压力力值。图6不同同排距下下前排桩桩桩前被被动土压压力Fig.6Passsivee sooil preessuure be

24、fforee foormeer rrow pille undder diffferrentt roow ddisttancce图7不同同排距下下前排桩桩桩后主主动土压压力Fig.7Actiive soiil ppresssurre bbehiind forrmerr roow ppilee unnderr diiffeerennt rrow disstannce3.4后后排桩桩桩后被动动土压力力各种排距距下后排排桩桩后后主动土土压力分分布如图图9所示。由由图9可知，在基坑坑开挖面面以上随随着排距距的增大大，其值值分布越越来越接接近朗肯肯主动土土压力值值的分布布；在基基坑开挖挖面以下下约4 m处

25、，各各种排距距下的后后排桩桩桩后主动动土压力力值均大大于静止止土压力力值，随随着排距距的增大大，其分分布越来来越接近近静止土土压力值值。3.5桩桩间土对对前后排排桩的土土压力各种排距距下桩间间土对前前后排桩桩的土压压力值分分布如图图10113所示示。由图图1013可知，各种排排距下桩桩间土对对前后排排桩桩侧侧的土压压力大致致相等，在在排距超超过3倍倍图8不同同排距下下后排桩桩桩前被被动土压压力Fig.8Passsivee sooil preessuure befforee reear roww piile undder diffferrentt roow ddisttancce图9不同同排距后

26、后排桩桩桩后主动动土压力力Fig.9Actiive soiil ppresssurre bbehiind reaar rrow pille uundeer ddifffereent roww diistaancee图10排排距1.5d时桩间间土对前前后排桩桩土压力力Fig.10Soill prresssuree afffecctedd byy sooil in douublee-roow ppilee onnroww diistaancee 1.5d桩径时桩桩间土对对前排桩桩后侧的的土压力力值变大，这这进一步步表明在在排距较较合理的的情况下下，双排桩桩支护体体系中由由于桩顶顶连梁的的连接作作用

27、，使使前后排排桩和桩桩间土成成为一个个变形一一致的整整体。4结论论（1）双双排桩前前排桩桩桩前被动动土压力力大致呈呈S形分分布，最最大值发发生在距距基坑开开挖面约约2 mm处，大部部分土压压力分布布比较接接近于静静止土压压力；随随着排距距的增大大其最大大值增大大，其值值分布越越来越接接近静止止土压力力。（2）双双排桩前前排桩桩桩后主动动土压力力大致与与静止土土压力一一致，在在基坑开开挖面以以上其值值小于静静止土压压力，大大于朗肯肯主动土土压力，在在基坑开开挖面以以下其值值大于静静止土压压力；随随着排距距的增大大，在基基坑开挖挖面以上上分布越越来越接接近朗肯肯主动土土压力，在在基坑开开挖面以以下

28、，其其分布越越来越接接近静止止土压力力值。（3）双双排桩后后排桩桩桩前被动动土压力力值大致致呈线性性图11排排距2.5d时桩间间土对前前后排桩桩土压力力Fig.11Soill prresssuree afffecctedd byy sooil in douublee-roow ppilee onn roow ddisttancce 22.5dd图12排排距3dd时桩间间土对前前后排桩桩土压力力Fig.12Soill prresssuree afffecctedd byy sooil in douublee-roow ppilee onn roow ddisttancce 33d图13排排距3.

29、5d时桩间间土对前前后排桩桩土压力力Fig.13Soill prresssuree afffecctedd byy sooil in douublee-roow ppilee onn roow ddisttancce 33.5dd分布，大大致与静静止土压压力值分分布一致致。在基基坑开挖挖面以上上其值小小于静止止土压力力，在基基坑开挖挖面以下下其值大大于静止止土压力力值，全全段分布布均远小小于被动动土压力力；随着排排距的增增大，在在基坑开开挖面以以上其分分布越来来越接近近静止土土压力。（4）双双排桩后后排桩桩桩后主动动土压力力较接近近静止土土压力，大大于朗肯肯主动土土压力，在在基坑开开挖面以以上

30、小于于静止土土压力，在在基坑开开挖面以以下有大大于静止止土压力力的部分分；随着着深度的的增加其其值有增增有减7；随着排排距的增增大，在在基坑开开挖面以以上分布布越来越越接近朗朗肯主动动土压力力，在基基坑开挖挖面以下下分布越越来越接接近静止止土压力力值。（5）桩桩间土对对前后排排桩桩侧侧的土压压力大致致相等，这这表明由由于桩顶顶连梁的的作用，使使前后排排桩和桩桩间土成成为一个个整体，这这就增大大了其侧侧向刚度度，这就就是双排排桩支护护体系桩桩顶侧向向位移较较单排桩桩小的主主要原因因，因此此在进行行双排桩桩支护体体系内力力分析的的时候不不能把桩桩间土仅仅作为作作用在桩桩上的外外荷载，而而应该作作为

31、双排排桩支护护体系的的一部分分加以考考虑。参考文献献：1龚龚晓南, 高有有潮. 深基坑坑工程设设计施工工手册M. 北京京:中国建建筑工业业出版社社, 19998.2郑郑刚, 李欣, 刘畅, 等等. 考考虑桩土土相互作作用的双双排桩分分析JJ. 建筑结结构学报报, 20004, 255(1): 999-1066. 3周周翠英, 刘祚祚秋, 尚伟, 等等. 门门架式双双排抗滑滑桩设计计计算新新模式J. 岩土土力学, 20005, 244(3): 4441-4444. 4陆陆培毅, 杨靖, 韩丽丽君. 双排桩桩尺寸效效应的有有限元分分析JJ. 天津大大学学报报, 20006, 399(8): 966

32、3-9677. 5潘潘旭亮, 张钦钦喜, 霍达, 等等. 双双排桩围围护工作作特性数数值分析析J. 工工业建筑筑, 20004, 344(9): 8-11.6王王旭, 晏鄂鄂川, 吕美君君. 埋入入式双排排桩土体系系桩间内内力分配配的模拟拟J. 煤煤田地质质与勘探探, 20006, 344(4): 577-60.7刘刘波, 韩彦彦辉. FLAAC原理理、实例例与应用用指南M. 北京京: 人民民交通出出版社, 20005.8何何颐华, 杨斌, 余宝宝森, 等. 双排桩桩护坡桩桩的试验验与计算算的研究究J. 建建筑结构构学报, 19996, 177(2): 588-66. 9杨杨德健, 尹建建峰. 双排桩桩支护结结构受力力特征与与土压力力计算分分析JJ. 建筑科科学, 20007, 23(9): 122-15.10张弘. 深基基坑开挖挖中双排排桩支护护结构的的应用于于探讨J. 地基基处理, 19993, 4(3): 422-47.