基于“m”法的軟土地區(qū)基坑工程時空效應(yīng)研究.pdf

1、高層建筑的興起和城市地下空間的開發(fā)帶來了大量的深基坑工程，基坑開挖涉及到土力學(xué)中經(jīng)典的強度、穩(wěn)定與變形問題以及土與結(jié)構(gòu)的共同作用等問題。本文針對軟土地基的工程特點，提出了用于分析深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的三維“m”法，并采用該方法研究了軟土地區(qū)基坑工程的時空效應(yīng)。 支護(hù)結(jié)構(gòu)的強度與變形計算是基坑工程設(shè)計中的主要內(nèi)容。本文根據(jù)豎向彈性地基梁“m”法計算原理，結(jié)合大型通用有限元軟件將平面彈性桿系有限元法推廣到三維問題，提出了既符合目

2、前的基坑設(shè)計規(guī)范又可以考慮土-圍護(hù)-支撐體系共同作用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)三維分析方法(三維“m”法)。本方法將坑內(nèi)地基土體考慮為彈簧單元，其剛度根據(jù)“m”法計算；將坑外土體簡化為按規(guī)范方法計算的水土壓力。由此建立支護(hù)結(jié)構(gòu)和土彈簧的三維有限元模型，通過模擬實際施工工況下坑內(nèi)土體的變化來分析開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形。 由于飽和軟土的流變性和低滲透性，在軟土地區(qū)進(jìn)行的基坑開挖呈現(xiàn)明顯的時間效應(yīng)。本文根據(jù)上海地區(qū)典型土層的流變試驗結(jié)果，

3、將坑內(nèi)被動區(qū)土體基床系數(shù)的比例系數(shù)(m值)表示為時間的函數(shù)來反映土體變形的時間特性，并由此分析m值隨時間的變化對支護(hù)結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)力的影響。利用上述方法對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行參數(shù)研究，結(jié)果表明土體流變對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響主要發(fā)生在開挖后初期。因此在施工中應(yīng)盡早采取措施減少無支撐暴露時間，以減小土體流變對支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力的影響。 深基坑開挖不僅是一個動態(tài)的施工過程，也是一個典型的三維問題，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力具有明顯的空間效應(yīng)。

4、采用本文提出的三維“m”法分析了由基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的差異所引起的空間效應(yīng)，并提出了采用三維“m”法模擬目前工程中常用的分區(qū)開挖與盆式開挖的方法，同時給出了被動區(qū)土體基床系數(shù)的計算公式。對擬建上海世博500kV地下變電站圓形基坑地下連續(xù)墻及支撐體系的分析表明，采用三維“m”法分析空間效應(yīng)明顯的支護(hù)結(jié)構(gòu)時有較大的優(yōu)勢，同時，計算中考慮盆式開挖和分區(qū)開挖會對支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果有一定的影響。 采用三維“m”法與規(guī)范推薦的平面彈性地基梁法

5、對上海南站北廣場基坑工程的比較分析表明三維“m”法將擋土結(jié)構(gòu)和支撐體系作為整體進(jìn)行計算可以自動滿足兩者的位移協(xié)調(diào)并可以直觀地給出支護(hù)結(jié)構(gòu)各個位置的變形及受力狀況，且相比平面方法，三維“m”法連續(xù)墻水平位移計算值更接近于實測結(jié)果。應(yīng)用三維“m”法綜合考慮時間效應(yīng)與空間效應(yīng)對長峰商場基坑工程進(jìn)行了分析，計算結(jié)果與實測值吻合，分析結(jié)果表明無支撐暴露時間下，連續(xù)墻位移明顯增大，支撐澆筑有效地限制了位移的進(jìn)一步增大，特別是支撐處的連續(xù)墻位移基本穩(wěn)