【摘 要】
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明挖地铁车站基坑大多位于繁华的城市主干道上,周边车辆较多,地下管网较为复杂,施工空间有限,基坑安全受周边荷载影响较大,但是现有基坑支护设计不能充分考虑动荷载的特性,而是通常将车辆动荷载等效成静荷载乘以一定动载系数,实际上仍然是一种静荷载,忽视了动载特性对基坑支护体系的影响,严重时会造成基坑地表沉降过大或者临近基坑管道的变形渗漏,进而引起土体抗剪强度衰减,地面下陷等难以预测的事故。本文以长春地区某明
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明挖地铁车站基坑大多位于繁华的城市主干道上,周边车辆较多,地下管网较为复杂,施工空间有限,基坑安全受周边荷载影响较大,但是现有基坑支护设计不能充分考虑动荷载的特性,而是通常将车辆动荷载等效成静荷载乘以一定动载系数,实际上仍然是一种静荷载,忽视了动载特性对基坑支护体系的影响,严重时会造成基坑地表沉降过大或者临近基坑管道的变形渗漏,进而引起土体抗剪强度衰减,地面下陷等难以预测的事故。本文以长春地区某明挖地铁车站基坑工程为实例,采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方式,对动荷载下基坑支护体系变形性状的影响规律进行分析和研究,主要工作内容及结论如下:(1)通过收集查阅基坑周边车辆动荷载、非饱和土体强度衰减的相关文献,总结了五种动荷载计算模型,得出载重和车速是影响动荷载大小的主要因素;分析动荷载下基坑支护体系受力变形的计算方法,并进一步分析管道渗漏下土体遇水软化导致基坑支护体系变形的计算方法。(2)将动荷载简化为简谐波动荷载模型,并使用FORTARN语言编写子程序DLOAD模拟动荷载的大小和位置随时间的变化而改变,分析不同荷载条件下基坑地表沉降数据,其变形趋势与监测值均呈现抛物线型变化,验证了该动载模型的合理性。模拟不同载重和车速对基坑支护体系变形的影响,得到了载重和车速对基坑支护体系变形的影响规律。(3)以管道变形最大处为竖向剖面建立二维渗流有限元模型,研究不同渗漏压力和管道破裂区域有无扩展对管周水体扩散的影响,发现水体的扩散是由“月牙形”随时间逐渐变为“椭圆型”,并得到基坑支护结构后土体的饱和度分布规律;(4)基于饱和度的分布规律,采用ABAQUS子程序USDFLD实现建立土体抗剪强度随饱和度变化而衰减的模型,对比了动静荷载下土体抗剪强度衰减对基坑地表沉降以及基坑支护体系整体稳定的影响,发现动荷载下基坑周边土体出现连续的滑动面的时间比静荷载作用下要快15d。
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