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基于软化模型的基坑开挖变形破坏特性研究
 
 
[修改时间:2018-09-06 浏览次数:]
 
 

1绪论


1.1研究背景及研究意义
随着社会的发展,城市化进程的不断加快,城市空间资源不足这一问题逐渐成为制约城市发展的限制性因素,而地下空间的开发,成为解决城市空间资源不足的有效解决方法。目前,世界上许多发达国家对城市地下空间的利用,已经达到相当高的水平,新澳门金沙官方网址许多大中型城市,也己修建了大量的地铁、人防工程、地下商场和地下停车场、高层建筑地下室、地下管线综合廊道等,为城市的发展提供了更宽广的城市空间资源。为提高空间利用率,不管是向更高空间发展,建立多层次城市格局,还是充分利用地下空间,实现城市立体化发展,由于建筑物结构本身及其及使用要求,基坑开挖深度以及地下结构埋深都会随之不断加大。

城市基坑开挖过程中产生的地层变形效应,对周边建筑物、地下市政管线、城市道路等构成了不同程度的危害。由于采用的变形控制技术不当而发生的重大事故的案例也屡见不鲜,造成了巨大的经济损失,甚至危及到人的生命安全。因此,深入系统地对深基坑开挖产生的岩土体变形以及支护结构的变形进行研究,分析研究基坑开挖的稳定性,研究基坑失稳破坏的形式,对充分利用地下空间,施工过程中使用合理的支护形式,降低该类工程施工安全风险,实现城市和谐可持续发展,具有十分重要的理论意义和实用价值。


1.2基坑工程的特点
随着基坑工程的不断发展,为满足不同工程的要求,基坑的分类以及支护结构的种类呈现出多元化的特点。根据施工工艺不同,基坑工程可分为放坡开挖和支护开挖;支护结构类型有水泥土墙、土钉墙、锚杆、排桩以及地下连续墙等。根据国内外许多工程案例的分析与总结,基坑工程有危险性大、区域性强、综合性强等特点。
(1)基坑工程具有很大的区域性
岩土工程中的基坑工程有着很强的区域性。各地区之间,各城市之间,甚至邻近场地的工程地质及水文地质条件不同,都会导致基坑工程以及支护结构形式的多样性。除了受当地的工程地质条件和水文地质条件的影响,基坑工程还受其周围建筑物、构筑物及地下市政设施的影响,与它们的重要性、位置及周围场地条件密切相关。因此,基坑工程的设计与施工要因地制宜,根据本地具体情况具体问题具体分析,而不能简单地完全照搬外地的经验。
(2)基坑工程具有很强的综合性
基坑的开挖和支护是一个综合性的岩土工程问题,不仅涉及到土力学中的强度与稳定问题,还包括变形问题,渗流问题,涉及到土与支护结构的共同作用[3]。有的基坑工程主要问题是开挖引起的支护结构的稳定性问题,有的基坑工程面临的主要问题是土中渗流引起土破坏问题,还有的基坑工程要解决的主要问题是周围地面变形问题。同时,基坑工程是是多种复杂因素相互影响的系统工程,包含了岩土工程、结构工程及施工技术等学科,是理论上尚待发展和完善的综合技术学科。
(3)基坑工程具有较大的风险性
大多情况下基坑支护是临时措施,支护结构的安全储备较小,风险也大。由于深基坑工程技术复杂,施工过程中容易发生安全事故,因此随时进行施工监测就变的尤为重要,同时,应随时准备着安全应急措施。基坑工程施工成本较高,但是由于是临时性工程,施工投入时一般不愿投入过多资金,导致施工风险较大,出现安全问题,往往造成严重的经济损失和十分恶劣的社会影响。基坑兀-挖的区域也就是地下结构施工的区域,地下结构的好坏又直接影响地上结构,所以地下结构的质量安全必须保证。且深基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件,安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。另一方面,由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放量也大,这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大,使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力,地下管线的某些部位出现应力集中等,因此,基坑工程的施工具有很高的风险。

从以上各方面综合看,目前新澳门金沙官方网址基坑工程存在许多问题。基坑工程与其隶属的岩土工程学科一样,是实用性、经验性极强的学科,是随着工程实践不断提高的学科。近些年的工程实践已经证明,在基坑工程这一领域,我们取得了许多值得骄傲的成就,但是也必须承认同时发生了一些工程事故。造成基坑事故的原因很复杂,其所造成的经济损失也相当严重。目前基坑存在的问题大体可表现在两个方面:设计阶段存在的问题;施工阶段存在的问题。


2基坑变形及支护的基本理论


基坑围挖过程中,由于基坑开挖面及侧面的卸荷作用,使得基坑底部发生降起变形,支护结构在两侧土压力差的作用下发zk侧移。同时,在基坑底部隆起和支护结构侧移的共同作用下,坑外土体也将发生相应的变形,故基坑7T挖变形表现为坑外土体变形、支护结构变形以及基坑底部降起。在鞋坑变形控制方面,国内外的专家学者做过大量的研究工作,通过模型试验、工程实测以及理论计算,形成了诸多研究成果,工程实践中也积累了丰富的经验,为基坑设计理论、施工方法和安全监控等方面提供了理论和经验指导。


2.1基坑变形
2.1.1基坑外部土体变形
基坑开挖后,坑外土体将发生竖向沉降和水平位移。这些变形对周边环境将产生较大影响,尤其是对于基坑周围的建筑物。当坑外h体变形较大时,可导致建筑物发生失稳和破坏,造成巨大的经济损失甚至是人员伤亡。因此,针对坑外土体的变形,国内外许多学者作了较为深入的分析和研究。
测数据的分析总结,Peck认为地表沉降曲线为三角形模式,并可根据不同的工程地质条件将支护结构外侧的地面沉降曲线分为I、II、III三个区域,如图2-2所示。对于砂土和软到硬點土,坑外地表沉降如I区域,最大沉降小于l%He(He为基坑开挖深度),影响范围为2He;对于软粘土,坑外地表沉降如II和III区域,最大沉降可达1%-3%He,影响范围为2-4He。其经验曲线及相关的经验计算方法较全面地反映了不同土层的工程特性、场地条件和施工质量对地面沉降的综合影响,得到了广泛的应用,尤其是作为基坑变形的初步计算。
三角形与凹構型这两种沉降模式的影响范围均可划分为两个区域:主影响区域和次影响区域。假定影响区域的宽度为4倍的开挖深度,其中主影响区域和次影响区域宽度的范均为2倍的围挖深度。在主影响区域的宽度范围内,沉降曲线较陆,沉降量较大,该范围内的建筑物会受很大影响,而次影响区域范围内的沉降曲线较缓和,沉降量较小,对建筑物的影响也比较小。对于三角形沉降,其预测曲线如图2-4 (a)所示,曲线在距离越坑边缘2倍的开挖深处发生转折,由主影响区域进入次影响区域,沉降比值为0.1。图2-4 (b)为凹槽型沉降预测曲线,曲线分为三段折线,主影响区内两条直线,次影响区域内的一条直线,最大沉降点出现在在距离墙后0.5He位置处,贴近墙体处的沉降值为最大沉降值的0.5倍,主次沉降区域转折点处的沉
 
 

 

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