圆形地下连续墙侧向失稳影响因素研究

作     者：李洪瑶 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张军

授予年度：2021年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：圆形地连墙 侧向失稳 能量法 特征值屈曲分析 失稳临界荷载 失稳模态 

摘      要：随着我国经济的快速发展,基础设施建设和城市地下空间开发的速度愈发加快,基坑工程的数量不断增加,而且朝着深大基坑方向发展。圆形基坑受力合理,变形小,便于开挖,是实际工程中基坑的重要形式之一。目前圆形基坑支护结构设计主要强调结构强度验算,但是对于厚度与半径之比（简称厚径比）较小的圆形基坑支护结构而言,很可能在强度破坏之前出现侧向失稳,即屈曲破坏。但是这个问题目前研究较少,而基坑的稳定性事关工程建设的安全生产和社会效益,故本文主要针对圆形地下连续墙（以下简称圆形地连墙）侧向失稳问题进行研究。本文在总结归纳现有圆形地下连续墙侧向稳定性研究的基础上,首先阐述了圆形地连墙的应变应力计算方法,将圆柱壳有矩理论引用到了圆形地连墙中,得到了内力和位移的解析解。然后利用板壳稳定性理论和能量法,对圆柱壳体的势能平衡方程和应力平衡方程进行了总结,采用简化的圆形地连墙的力学模型,在此基础上对其失稳临界荷载进行了推导,得到了失稳临界荷载的计算公式。最后以理论计算公式为依据,通过ANSYS有限元特征值屈曲分析结果进一步获得了各因素对圆形地连墙侧向失稳临界荷载、失稳模态和最大位移的影响,对工程实际具有一定的指导意义。本文主要的研究工作如下:1)分析了圆形地连墙的应力应变的计算方法,并通过薄壳有矩理论推到了圆柱壳体基本微分方程,在此基础上引入合理假定推出了符合圆形地连墙受力特点的计算公式。2)根据地连墙厚度远小于半径和长度的特点,选择板壳稳定性理论和能量法,总结了圆柱壳屈曲方程,并假设了地连墙位移函数,代入屈曲方程进行推导,得到了圆形地连墙失稳临界荷载的计算公式,为后续的影响因素分析奠定了理论基础。3)采用数值模拟的方法,通过ANSYS建立了圆形地连墙的不同受力情况下的三个基本模型,运用特征值屈曲分析计算得到了圆形地连墙的失稳临界荷载、失稳模态和最大位移发生的位置。4)通过不同的地层参数、墙体厚度、墙体半径、墙体长度、嵌固深度、墙体参数和不同受力状态情况下的数值分析,得到了失稳临界荷载、失稳模态和最大位移的变化规律。本文通过理论推导和数值分析揭示了圆形地连墙失稳临界荷载和失稳模态的变化规律,通过参数分析,总结圆形地下连续墙侧向失稳的模态特征和失稳临界荷载的计算式,为圆形地连墙刚度设计提供了理论依据和数值分析规律,为实际工程提供了理论指导和参考依据。