双排桩支护结构土压力数值模拟研究

1、.：.；双排桩支护构造土压力数值模拟摘 要：双排桩支护构造是一种新的深基坑支护方式，在进展双排桩支护构造设计时，土压力的取值正确与否对支护体系设计能否合理起着决议作用，为了更准确的进展双排桩支护构造的设计必需了解作用在桩上的土压力的分布情况，本文利用岩土工程分析软件FLACD，运用数值模拟方法研讨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，大于朗肯自动土压力，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；

2、后排桩桩后土压力较接近静止土压力，大于朗肯自动土压力，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。在此根底上并思索了排距的影响，得出双排桩的排距有合理的排距范围。关键词：双排桩；有限差分；土压力；数值模拟 中图分类号：TU文献标识码：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：-作者简介：牛双建-，男，河南省开封市人，硕士研讨生，研讨方向：深基坑支护，：

10、sjniu。高层建筑的蓬勃开展，使深基坑支护新技术不断涌现，双排支护柱方式便是其中之一。双排桩支护方式在一定环境和施工条件下，具有侧向刚度大、能有效限制侧向变形、整体稳定性好、便于挖土和缩短工期等优点，与单排桩相比受力更加合理但也更复杂。目前，对双排桩的研讨普通多集中在对桩顶侧移、桩身内力方面-，很少有文献研讨双排桩土压力的分布。由于土压力的取值直接影响桩身的设计，因此，研讨双排桩所受土压力分布有重要的工程实践意义。笔者利用岩土工程分析软件FLACD建立三维双排桩有限元模型，对双排桩所受土压力进展了分析。有限元模型.根本假设忽略基坑开挖和地下水对土体性质的影响。土体为单一土层，且均质、延续。基

11、坑开挖时，假设地下水已降至设计标高。为了与实践相一致，桩底不加任何约束条件，自然嵌固。基坑顶面没有超载作用。.工程概略该基坑长 m，宽 m，基坑开挖深度 m，分两次开挖，第一次开挖 m，第二次开挖至基坑设计标高。基坑土体采用单一土层，为黏性土，密度为 kg/m，弹性模量E为 MPa，波松比为.，粘聚力c为 kPa，内摩擦角为.。采用双排桩支护构造支护，前后两排桩桩长相等均为 m，嵌固深度均为 m，同一排桩间距取为. m，排距取为.d. m。采用预制混凝土方桩，在模拟过程中为了思索桩的挤土效应，在地应力平衡的时候先把桩土当成弹性同一种资料进展地应力平衡，之后再改动桩和土的资料属性与参数进展重新地

12、应力平衡。桩的截面尺寸为bh=. m. m，E=. MPa，=.，桩的密度为 kg/m；桩顶连梁截面尺寸bh=. m. m，间距为. m，模型计算参数取值与混凝土桩一致，连梁与前后排桩节点采用刚结衔接。.有限元模型有限元模型的x轴方向尺寸：基坑宽度一半 m，基坑外边境取倍基坑计算宽度，其宽度为 m，总长为 m；y轴方向尺寸取一排桩的宽度，为. m；z轴方向尺寸：基坑开挖 m，基底以下取倍基坑开挖深度为 m，总长为 m。.资料本构模型混凝土方桩及连梁采用各向同性弹性模型，该模型在FLACD中需求输入体积模量K、剪切模量G等参数；土体采用摩尔库仑模型，该模型在FLACD中需求输入K、G、c、等参数

13、。参数K、G分别由E/(-)、E/(+)计算得出。基坑开挖土体采用零模型Null，零模型区域的应力被设置为零，在FLACD可以很好地进展开挖、回填之类的模拟。桩与土之间设置接触面，可以做相对滑动，接触面的法向和切向刚度均取土体弹性模量的倍，接触面有足够的强度传送法向应力。土压力分析. 前排桩桩前被动土压力前排桩桩前被动土压力如下图。由图可知，其值分布大致呈S形分布，最大值出如今距基坑底 m处，其值超越了被动土压力值，大部分土压力值比较接近于静止土压力值。因此，在双排桩支护构造内力计算时，建议前排桩桩前被动土压力取被动土压力值。图前排桩桩前被动土压力Fig. Passive soil press

14、ure before former row pile.前排桩桩后自动土压力前排桩桩后自动土压力如下图。由图可知，其值大致与静止土压力值分布一致，在基坑开挖面以上其值小于静止土压力值，大于朗肯自动土压力值，在基坑开挖面以下其值大于静止土压力值。因此在进展双排桩支护构造内力计算时，建议前排桩桩后自动土压力取值在基坑开挖面以上取静止土压力值，在基坑开挖面以下取静止土压力值乘以一个大于的系数或者朗肯被动土压力值的一个折减值，折减系数的取值可参考相关文献-。.后排桩桩前被动土压力后排桩桩前被动土压力如下图。由图可知，其值大致呈线性分布，大致与静止土压力值分布一致。在基坑开挖面以上其值小于静止土压力，在基

15、坑开挖面以下大于静止土压力值，全段分布均远小于被动土压力值；因此在进展双排桩支护构造内力计算时，建议后排桩桩前被动土压力取朗肯被动土压力值的折减值。图前排桩桩后自动土压力Fig. Active soil pressure behind former row pile图后排桩桩前被动土压力Fig. Passive soil pressure before rear row pile.后排桩桩后被动土压力后排桩桩后自动土压力如下图。由图可知，后排桩桩后土压力比较接近静止土压力分布，大于朗肯自动土压力，在基坑开挖面以上小于静止土压力；在基坑开挖面以下有大于静止土压力的分布部分，因此在进展双排桩支护构

16、造内力计算时，建议后排桩桩后自动土压力取值在基坑开挖面以上取静止土压力图后排桩桩后自动土压力Fig. Active soil pressurebehind rear row pile值，在基坑开挖面以下取静止土压力值乘以一个大于的系数，适当扩展其值。.桩间土对前后排桩的土压力桩间土对前后排桩的土压力值如下图。由图可知，桩间土对前后排桩侧的土压力值大致相等，这进一步阐明双排桩支护中桩和桩间土是一个整体，前后排桩在桩顶连梁的作用下变形的一致性，同时也阐明在利用平面刚架或者改良的平面刚架进展双排桩支护构造分析时，可以将桩间土视为薄紧缩层，利用弹簧将前后排桩衔接起来的方法进展桩身内力分析。图桩间土对前

17、后排桩的土压力Fig. Soil pressure affected by soil in double-row pile排距对土压力的影响为了研讨排距对双排桩土压力分布规律的影响，分别分析.、.、.、.倍双排桩边长这四种工况。.前排桩桩前被动土压力各种排距下前排桩桩前被动土压力分布如下图。由图可知，各种排距下的前排桩桩前被动土压力最大值均在距基坑开挖面下约 m处，随着排距的增大其最大值增大；在基坑开挖面以下，随着排距的增大越来越接近静止土压力值。.前排桩桩后自动土压力各种排距下前排桩桩后自动土压力分布如下图。由图可知，在基坑开挖面以上，随着排距的增大，其值分布越来越接近朗肯自动土压力值的分布

18、；在基坑开挖面以下，随着排距的增大，其分布越来越接近静止土压力。.后排桩桩前被动土压力各种排距下后排桩桩前被动土压力分布如下图。由图可知，随着排距的增大其值分布越来越小于朗肯被动土压力值。在基坑开挖面以上随着排距的增大，其分布越来越接近静止土压力的分布；在基坑开挖面以下，随着排距的增大，其分布越来越接近静止土压力值。图不同排距下前排桩桩前被动土压力Fig. Passive soil pressure before former row pile under different row distance图不同排距下前排桩桩后自动土压力Fig. Active soil pressure behin

19、d former row pile under different row distance.后排桩桩后被动土压力各种排距下后排桩桩后自动土压力分布如下图。由图可知，在基坑开挖面以上随着排距的增大，其值分布越来越接近朗肯自动土压力值的分布；在基坑开挖面以下约 m处，各种排距下的后排桩桩后自动土压力值均大于静止土压力值，随着排距的增大，其分布越来越接近静止土压力值。.桩间土对前后排桩的土压力各种排距下桩间土对前后排桩的土压力值分布如图所示。由图可知，各种排距下桩间土对前后排桩桩侧的土压力大致相等，在排距超越倍图不同排距下后排桩桩前被动土压力Fig. Passive soil pressure b

20、efore rear row pile under different row distance图不同排距后排桩桩后自动土压力Fig. Active soil pressure behind rear row pile under different row distance图排距.d时桩间土对前后排桩土压力Fig. Soil pressure affected by soil in double-row pile on row distance .d桩径时桩间土对前排桩后侧的土压力值变大，这进一步阐明在排距较合理的情况下，双排桩支护体系中由于桩顶连梁的衔接作用，使前后排桩和桩间土成为一个变形

21、一致的整体。结论双排桩前排桩桩前被动土压力大致呈S形分布，最大值发生在距基坑开挖面约 m处，大部分土压力分布比较接近于静止土压力；随着排距的增大其最大值增大，其值分布越来越接近静止土压力。双排桩前排桩桩后自动土压力大致与静止土压力一致，在基坑开挖面以上其值小于静止土压力，大于朗肯自动土压力，在基坑开挖面以下其值大于静止土压力；随着排距的增大，在基坑开挖面以上分布越来越接近朗肯自动土压力，在基坑开挖面以下，其分布越来越接近静止土压力值。双排桩后排桩桩前被动土压力值大致呈线性图排距.d时桩间土对前后排桩土压力Fig. Soil pressure affected by soil in double

22、-row pile on row distance .d图排距d时桩间土对前后排桩土压力Fig. Soil pressure affected by soil in double-row pile on row distance d图排距.d时桩间土对前后排桩土压力Fig. Soil pressure affected by soil in double-row pile on row distance .d分布，大致与静止土压力值分布一致。在基坑开挖面以上其值小于静止土压力，在基坑开挖面以下其值大于静止土压力值，全段分布均远小于被动土压力；随着排距的增大，在基坑开挖面以上其分布越来越接近静止土压力。双排桩后排桩桩后自动土压