小應變條件下基坑圍護結構變形分析方法及應用研究.pdf

1、大量實測資料表明，在工作荷載下基礎、基坑和隧道周圍的土體除極小一部分區(qū)域發(fā)生塑性變形外，其他區(qū)域土體的應變整體上都很小，主要集中在10-4～10-3之間，通?？烧J為處于小應變狀態(tài)。隨著室內(nèi)測試儀器精度的提高，近年來土體的小應變特性逐漸被認知，土體在小應變區(qū)域內(nèi)所表現(xiàn)出的本質(zhì)特性對準確預測地下工程的變形及其施工引起的環(huán)境效應起到至關重要的作用。國內(nèi)外學者對倫敦粘土、北海粘土、波士頓藍粘土、臺北粉質(zhì)粘土、芝加哥冰川粘土和香港花崗巖風化土的小

2、應變力學行為的研究已取得一定的成果，但蘇州粉質(zhì)粘土的相關研究目前尚未開展。因此，對蘇州典型粉質(zhì)粘土進行小應變試驗研究并將其應用于工程實踐是十分必要和有意義的，同時也具有重要的理論意義和廣泛的實際應用價值。
　　 本文以蘇州市科技計劃項目“蘇州地鐵深基坑支護結構關鍵技術研究”(ZXJ0805)為依托，以蘇州典型粉質(zhì)粘土為研究對象，以準確評估基坑圍護結構變形性狀及其環(huán)境效應為目標，采用室內(nèi)試驗、現(xiàn)場監(jiān)測和理論分析相結合的方法，對土體

3、的小應變特性和工程應用進行了系統(tǒng)研究。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)系統(tǒng)回顧了國內(nèi)外土體小應變試驗及其工程應用的研究現(xiàn)狀，總結了小應變范圍內(nèi)土體的應力應變特性、土體在小應變條件下的土壓力計算方法以及將小應變應用于基坑工程方面的研究成果，指出了這些研究中存在和需要解決的問題。
　　 (2)根據(jù)蘇州軌道交通一號線全線深基坑工程的實測資料，對一號線基坑圍護結構性狀及其所產(chǎn)生的環(huán)境效應作了統(tǒng)計分析與評價，包括墻體的最大側(cè)

4、移和豎向位移、最大地表沉降、最大支撐軸力、土壓力、建筑物和管線最大沉降，統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析表明城市地鐵基坑工程周圍的土體處于小應變狀態(tài);通過對南施街站基坑實測數(shù)據(jù)的深入分析，得到了圍護墻深層土體水平位移、支撐軸力、周邊地表沉降、建筑物沉降等隨土方開挖、支撐設置等因素變化的規(guī)律。
　　 (3)通過室內(nèi)小應變試驗，建議了彎曲元測試中宜采用的指標范圍，研究了高精度剪切波速測試方法;通過彎曲元試驗和現(xiàn)場波速試驗，研究了蘇州典型粉質(zhì)粘土的小應變

5、最大剪切模量Gmax，在分析其影響因素的基礎上，提出了基于當前應力狀態(tài)和孔隙比的蘇州典型粉質(zhì)粘土Gmax的計算公式;通過小應變條件下基坑主動區(qū)土體的側(cè)向卸荷應力路徑試驗，研究了蘇州典型粉質(zhì)粘土在小應變區(qū)域內(nèi)割線模量隨應變增加而衰減的規(guī)律及其所表現(xiàn)出的高模量、非線性等特性，并確定了蘇州典型粉質(zhì)粘土小應變剛度變化的門檻值和小應變模型的計算參數(shù)。
　　 (4)小應變條件下土體側(cè)向卸荷應力路徑試驗得出的側(cè)向應力-應變試驗結果符合雙曲線關

6、系;基于圍護墻后土體應變狀態(tài)的分區(qū)，建立了考慮土體側(cè)向卸荷及圍護墻變形影響的非極限主動土壓力計算方法，通過算例驗證了該方法的可行性、合理性與準確性，詳細分析了非極限主動土壓力與圍護墻側(cè)移的關系、土體達主動極限狀態(tài)所需的墻體側(cè)移與深度的關系，得到了非極限主動土壓力沿深度的分布規(guī)律。
　　 (5)采用MIDAS/GTS軟件，研究了考慮土體小應變特性的基坑工程數(shù)值模擬方法;對比分析了Jardine模型和Mohr-Coulomb模型對基