本文是一篇土木工程论文，在本文ABAQUS模拟的基础上，可以额外增设环梁、内衬墙，或探索排桩和环梁内撑结合的方式，对基坑可采用的多种支护结构进行分析。
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
随着我国经济的持续快速发展，城市化建设水平得到了巨大提高，为满足人民群众日益增长的对物质文化和社会资源的需要，医院、学校、商场、体育馆等大体量建筑日益增加。为缓解土地矛盾，我国基建事业逐渐向地下更深发展，谋求地下的空间来满足人们的社会生活需要。近年来，超高层建筑和超深大基坑随着科研技术水平和建筑设计水平的提高在城市中变得随处可见，这些建筑的安全建设与使用都离不开基坑工程的发展。
基坑工程在建造时最重要的是保障支护结构的安全稳定。根据基坑的工程地质条件和设计规划目标，地下支护结构可以选择多种多样的结构形式，包括直线型、圆形、类椭圆形以及其它非规则形状等。其中，圆形支护结构由于在几何形态上为一弧形结构，可以充分利用土拱效应，使得围绕该结构的土体在受到水平地应力时产生一种内部的压力反力，将部分地应力以拱内受压的形式实现自平衡，减小外界荷载对支护结构的作用，因此，作用在圆形支护结构上的土压力比作用在直线型支护结构上的土压力小。此外，圆形支护结构有较强的空间拱效应，能够将作用在其上的应力重新分布，一部分在结构内部实现自平衡，另一部分沿深度方向传递到地层深部。因此，圆形支护结构主要承受环向压应力，可以更好地发挥混凝土支护结构的抗压特性。目前，圆形基坑在工程中被广泛应用，如“上海中心”的深大圆形基坑即选用了曲线型地下连续墙作为支护结构。
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1.2 研究现状
1.2.1 极限平衡法计算土压力研究现状
自1773年Coulomb[1]以整个滑动土体上力的平衡条件为研究对象提出Coulomb土压力理论以来，土压力计算的相关问题便一直是岩土工程中的重点、难点问题之一。1857年，Rankine[2]在Coulomb理论的基础上，针对干的均质无黏性土，假设挡土墙后土体具有无限长平面，且墙背竖直光滑，根据土单元体的极限平衡条件建立了主动土压力和被动土压力的计算公式，即Rankine土压力理论公式，在某种程度上对Coulomb土压力理论公式进行了简化。以上两种理论公式由于使用简便，被国内外学者沿用至今，其间，以两者为理论基础陆续提出了更为精确的土压力计算方法。
（1）Coulomb土压力理论（滑楔体平衡法）
该理论最早由法国科学家Coulomb在1773年提出，以滑楔体的受力平衡为研究对象。取干的无黏性土作为挡土墙后填土，进行滑移状态的模拟，墙后土体破坏面如图1-1所示。当墙体背离土体移动的瞬间，墙后填土可假设沿着某一平面，即AC面发生滑动，AC面与水平面之间的夹角等于土体的内摩擦角；当墙体背离土体并产生一个微小位移时，主动滑移面为AD；当墙体挤压土体并产生一个微小位移时，被动滑移面为AE [3]。可假定滑楔体为刚体，通过建立滑楔体的受力平衡方程即可确定主动和被动土压力的大小。Coulomb将上述滑动破坏面假定为平面，建立了主动和被动土压力的计算公式，并认为土压力大小沿深度呈线性分布。但由主动土压力理论公式推导和大量的实验数据[4-7]可知，主动土压力是呈曲线分布的，国内的规范也大多在此基础上建立并发展[8, 9]。
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第二章 圆形基坑挡土墙侧压力计算理论
2.2 圆形基坑挡土墙侧压力计算方法
2.2.1 土体受力分析
圆形基坑挡土墙可视为轴对称结构，取单位弧长墙体对应的土体来研究，在主动土压力状态下，土体中产生的滑移楔如图2-1所示。基于滑移楔极限平衡理论，并考虑滑移楔两个径向截面上正压力的作用，来研究挡土墙所受的主动土压力。
现假设圆形基坑的外侧填土是无黏性土，圆形基坑的开挖半径为R，高度为h，挡土墙墙背竖直，填土面水平且延伸至足够远。滑移楔的径向截面可看作三角形，破裂角为θ，其受力分析如图2-2所示。
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第三章 圆形基坑挡土墙径向位移、弯矩、剪力计算模型 .............. 17
3.1 引言 ........................ 17
3.2 圆形基坑挡土墙径向位移计算理论 ................... 17
第四章 圆形基坑挡土墙支护结构的三维有限元数值模拟分析 ...... 29
4.1 某圆形基坑挡土墙支护工程简介 ................... 29
4.1.1 工程概况 ......................... 29
4.1.2 地下连续墙施工技术 ................. 30
第五章 结论与展望 ....................... 62
5.1 主要结论 ............................... 62
5.2 研究展望 ............................. 62
第四章 圆形基坑挡土墙支护结构的三维有限元数值模拟分析
4.1 某圆形基坑挡土墙支护工程简介
4.1.1 工程概况
兰州地区某圆形基坑开挖支护工程，基坑周边自然地面的高程设为±0.000m，基坑开挖深度28.6m，基坑内径15.0m，基坑安全等级为一级，忽略地下水的影响。该基坑工程支护结构采用原位连续成槽浇筑形成的混凝土地下连续墙，考虑经济性，采用“两墙合一”做法，即地下连续墙同时作为地下室结构的外墙，地连墙墙厚1.0m，墙深60.0m，入土深度为31.4m，入土系数为0.523。
基坑开挖示意图如图4-1所示，第一层开挖3.0m，第二层至第六层分别开挖4.3m，第七层开挖4.1m，共计开挖28.6m。根据《岩土工程勘察规范》[51]，场地主要土层组成成分及物理指标列于表4-1中。
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第五章 结论与展望
5.1 主要结论
（1）圆形基坑曲线挡墙的土压力强度对深度呈非线性分布，而不是线性分布，所以不能简单地以经典平面理论(Rankine理论和Coulomb理论)进行分析，应考虑曲线挡墙的三维空间性。
（2）滑移楔径向截面上的正压力对圆形基坑曲线挡墙的土压力分布具有重要作用，因此在受力分析时不可忽略。本文考虑滑移楔径向截面上正压力的作用建立的计算方法，在设计上偏于安全，有利于保障超深超大圆形基坑建造和使用期间的安全性。
（3）基于铁摩辛克的弹性稳定理论中壳体屈曲的相关理论基础，整理出适合圆形基坑挡墙位移微分方程，在此基础上利用弹性力学的基本公式推导出圆形基坑挡墙的弯矩、剪力计算方法。利用加权余量法设置函数系，借助MATLAB求解微分方程，从而得到圆形基坑挡墙位移、弯矩、剪力的计算公式。经ABAQUS有限元软件模拟分析，挡土墙位移的半解析解与有限元软件分析结果在数值上较为接近，且变化趋势一致，均为先增后减的抛物状分布。因此，本文提出的半解析解可应用于实际工程问题，辅助基坑工程的设计计算。
参考文献（略）