现阶段,岩土工程实践远超于理论发展,特别是深基坑支护结构的设计还处于理论计算和工程经验并重的阶段。对于悬臂式支护结构,通常应用经典土压力理论来进行设计计算,但这种设计方法忽略了桩土相互作用,未考虑桩体变形以及桩后土体宽度对土压力分布及大小的影响。 排桩支护结构是一种偏于安全的深基坑支护结构(常与预应力锚索或内支撑联合使用),但对于特殊的土柱状基坑,即使采用了排桩支护结构却经常发生险情,深圳农科广场项目深基坑东侧即是一例。该侧坑深约13.0m,土柱宽约13.0m,设计采用桩锚支护结构,但因锚索发挥的作用太小,形成了类似悬臂桩支护结构,实测桩顶水平位移达185mm,实属罕见,经采取多项有效的加固措施后才避免了灾害发生。 本文以工程为实例,通过ANSYS的APDL命令流,建立了排桩支护系统仿真模型,与实测结果对比分析,结果表明文中建立的有限元模型分析结果与实测结果很吻合,合理地解决了考虑桩土共同作用的三维排桩支护系统的建模问题。并在此基础上展开了对土柱问题的研究和桩侧土压力分布特征的分析: (1)通过改变桩后土体宽度,计算分析了桩顶最大水平位移变化趋势,并对土体c、φ值及变形模量进行了敏感性分析。根据计算结果并结合实际情况,定义了土柱问题的影响范围,并证明了支护桩后土体宽度对桩后土压力的大小具有明显的影响。研究表明,在今后类似的基坑支护工程中应充分考虑到土柱问题对支护系统变形的影响; (2)通过ANSYS程序计算出了桩后土体近似无限宽情况下的桩后土压力分布特征,比对朗肯与库伦两种经典土压力理论计算结果,发现由于研究对象不同,本文计算得到的土压力分布与两种经典理论的计算结果无论在分布形式上还是数值大小上均有很大差别; (3)此外,本文引入土拱原理,推导出了基坑底面以上主动土压力计算公式。