填海造陸地區(qū)深大基坑變形時(shí)空效應(yīng)及其控制研究.pdf

1、隨著我國城市化進(jìn)程快速的發(fā)展，不斷擴(kuò)張的城市建設(shè)與有限的土地資源之間的矛盾日益凸顯，因此，填海造陸成為沿海城市增加土地資源儲(chǔ)備、擴(kuò)展城市空間的重要途徑。如今伴隨各種高層、超高層建筑的建設(shè)，各種超大、超深和復(fù)雜的基坑工程在填海造陸地區(qū)的場地上應(yīng)運(yùn)而生，然而，填海造陸層下臥深厚的海相沉積軟土在基坑開挖過程中容易產(chǎn)生蠕變變形，使基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍土體的變形具有明顯的時(shí)空效應(yīng)，為了基坑的安全施工，需要對(duì)時(shí)空變形進(jìn)行嚴(yán)格地控制。填海造陸層下臥的海

2、相沉積軟土的蠕變力學(xué)特性是影響整個(gè)基坑時(shí)空變形的重要因素，鑒于此，論文基于前人對(duì)軟土蠕變的研究，綜合采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬等手段，對(duì)下臥海相沉積軟土的蠕變力學(xué)特性和本構(gòu)模型展開研究，并將研究成果應(yīng)用到填海造陸地區(qū)深大基坑變形時(shí)空效應(yīng)及其控制的工程實(shí)踐中。論文的研究內(nèi)容和成果如下：
　?、賹?duì)基坑海相沉積軟土的基本物理性質(zhì)和礦物成分進(jìn)行系統(tǒng)的研究，揭示了高親水礦物含量、高細(xì)粒含量和高粘粒含量是造成海相沉積軟土非線性蠕變的重要

3、原因。采用應(yīng)力控制式三軸儀，對(duì)不同深度處的海相沉積軟土展開相應(yīng)圍壓下的固結(jié)不排水蠕變?cè)囼?yàn)，獲得該軟土的蠕變特性認(rèn)識(shí)?；谠囼?yàn)結(jié)果，重點(diǎn)分析海相沉積軟土在低于屈服應(yīng)力和高于屈服應(yīng)力時(shí)各自的蠕變特性，以及蠕變特性隨時(shí)間的變化規(guī)律，通過擬合得到孔隙水壓隨蠕變時(shí)間和應(yīng)力水平的函數(shù)關(guān)系式。
　?、诜治龌雍Ｏ喑练e軟土的線性粘彈性蠕變和非線性粘塑性蠕變的規(guī)律，采用標(biāo)準(zhǔn)線性體描述粘彈性蠕變、標(biāo)準(zhǔn)線性體與經(jīng)驗(yàn)公式相結(jié)合來描述粘塑性蠕變，建立以元件

4、模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榻M合體的海相沉積軟土的蠕變本構(gòu)模型。采用基于經(jīng)典擬牛頓BFGS算法的MATLAB程序，對(duì)軟土蠕變本構(gòu)模型的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，獲得較高精度的模型參數(shù)，能夠很好地描述不同深度處海相沉積軟土的蠕變特性。
　?、刍谟邢薏罘掷碚撏茖?dǎo)海相沉積軟土應(yīng)力場控制和滲透場控制的差分方程；利用Microsoft Visual C++6.0軟件獲得該軟土蠕變本構(gòu)模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)程序Szsoftsoilmodel.dll。根據(jù)該數(shù)值實(shí)現(xiàn)程序得到

5、圍壓為100kPa、200kPa和250kPa時(shí)的蠕變數(shù)值計(jì)算結(jié)果，通過數(shù)值計(jì)算結(jié)果和蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)值實(shí)現(xiàn)程序的正確性，為基坑海相沉積軟土蠕變模型的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　?、芨鶕?jù)實(shí)際起伏不定的地層建立深大基坑的三維模型，分別利用軟土蠕變模型和Mohr-Coulomb模型對(duì)支護(hù)樁的水平位移進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。對(duì)比數(shù)值計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：考慮軟土蠕變模型的樁身水平位移比Mohr-Coulomb模型的計(jì)算結(jié)果更加

6、符合實(shí)際的樁身水平位移，驗(yàn)證軟土蠕變模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)程序用于基坑變形數(shù)值分析的合理性。
　?、輰⒑Ｏ喑练e軟土的蠕變本構(gòu)模型應(yīng)用到填海造陸地區(qū)深大基坑變形時(shí)空效應(yīng)的研究中，重點(diǎn)分析了支護(hù)樁樁身水平位移、基坑周圍地面沉降、坑底隆起、樁身彎矩、樁身剪力和錨索預(yù)應(yīng)力損失的空間特性和時(shí)間特性?？紤]軟土蠕變本構(gòu)模型的數(shù)值分析表明：首先，基坑變形和受力的時(shí)空表現(xiàn)不是簡單的在基坑拐角處弱，在基坑對(duì)稱中心處強(qiáng)，具體變形和受力的時(shí)空表現(xiàn)與局部軟土的厚度

7、、蠕變強(qiáng)弱和開挖順序等因素有關(guān)；其次，基坑?xùn)|側(cè)因靠近河流，其樁身水平位移和周圍地面沉降在基坑各側(cè)中是最大的，因此基坑?xùn)|側(cè)是整個(gè)基坑變形控制的重點(diǎn)區(qū)域；最后，對(duì)比前人在基坑建模時(shí)地層為水平的情況，根據(jù)彎曲地層所建立的基坑模型能夠更好地反映基坑的實(shí)際變形性狀。
　?、抟曰?xùn)|側(cè)y=135m處的變形控制為例，在綜合分析基坑變形和環(huán)境保護(hù)的影響因素的基礎(chǔ)上，提出多種控制方法組合而成的三種變形控制方案?？紤]海相沉積軟土蠕變，對(duì)以上三種變形控