基坑开挖对邻近管道力学行为影响研究

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管道正常工作中会受到周围环境的影响,而基坑施工对邻近管道的影响已成为城镇建设中的重要问题之一,因此研究管道在基坑开挖作业下的影响具有重要的意义。而现阶段对这一课题的研究较少,也缺乏系统性。首先,本文研究了基坑开挖下埋地管道的受力特点,分析了求解管道变形的常用方法:弹性地基梁法和有限元法。并阐述了弹性地基梁法的推导和有限元方法的发展,并将有限元法作为主要分析方法。其次,基于有限元原理,在软件ABAQUS中建立了三维模型,并分别分析了无支护基坑和有支护基坑开挖对邻近管道的力学影响。发现无支护基坑开挖后,管道最大受力区域在于管道中部与基坑边缘处;管道上表面在对称面处受压,在基坑边缘处受拉,管道下表面则相反;管道整体位移表现为沉陷同时向基坑内部移动。基坑开挖后,管道变形随土体弹性模量、粘聚力增大而不断减小,随泊松比增大而增大;管道变形随管道埋深增加而先增加后减小;随管壁厚度、管道与基坑距离的增大而减小;基坑宽度对管道影响明显,管道变形随基坑宽度增大而不断增大,但基坑长度对管道变形没有影响。有支护基坑开挖后,管道变形规律与无支护基坑的情况相似,但整体变形程度较小。有支护基坑开挖后,土体弹性模量、粘聚力、泊松比、管壁厚度、管道与基坑距离及基坑尺寸对管道的影响规律与无支护基坑相似;同时发现管道内压对管道变形没有影响;管道变形随基坑深度增大而不断增大;地下连续墙的厚度和弹性模量越大,则管道变形能力越小。再次,针对于常见的并行管道,研究了基坑开挖对并行管道的影响。结果表明管道整体变形规律与单管时一致,但并行间距的大小会影响管道的变形,随着并行间距的不断增大,离基坑较近的管道变形程度逐渐增大,而离基坑较远的管道变形逐渐减小;另外,并行管道变形随管道直径、管道与基坑的距离增大而不断减小;基坑宽度与管道变形呈正相关的关系,而基坑长度则对管道变形没有影响。最后,分析了不同的支护及开挖方式的基坑对邻近管道的影响。分析后发现:管道侧向加固能有效减小管道变形;基坑内部支撑对管道保护也存在积极作用;锚杆支护与支撑作用相似。放坡开挖能非常有效的减小管道变形;岛式开挖和盆式开挖方法虽然能一定程度上影响管道变形,但效果并不明显。文中的研究成果为基坑与管道的研究提供了理论指导,并为工程施工提供参考依据。
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