强降雨对黄土地铁深基坑稳定性影响研究

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地铁是人们出行的重要交通工具,而地铁车站的基坑通常是深大基坑,且施工时多使用明挖法,因此施工过程中往往难以抵御强降雨的侵袭,从而引起基坑的支护结构变形过大,导致基坑失稳。此前学者们对强降雨下自然边坡的稳定性研究较多,而对强降雨下基坑的稳定性研究相对较少,因此对强降雨天气下黄土深基坑的稳定性研究十分有必要。本文以西安市地铁八号线长鸣路站车站深基坑工程为研究对象,具体开展了以下工作:首先归纳总结了黄土地区的降雨入渗理论模型,其次根据积水入渗理论进行土柱一维竖向入渗试验,探究不同积水厚度下土柱的入渗深度以及入渗范围内土体力学性质的衰减情况。再对深基坑施工过程中遭遇强降雨天气后基坑的监测数据进行分析,探究强降雨对基坑造成的具体影响。最后利用Midas有限元软件依照实际基坑进行建模,先对模型的可靠性进行了对比验证,其次分析了基坑支护结构在强降雨前后的变形情况,接着对不同的强降雨工况下的基坑进行模拟,分别分析了不同降雨时长和不同降雨量下的强降雨工况对基坑造成的影响,最后对基坑的整体稳定性系数进行计算,并对强降雨条件下的深基坑支护结构进行优化设计,对强降雨天气下的基坑施工方案提出建议。通过上述研究本文得出的主要结论如下:(1)根据土柱一维竖向入渗试验可得:积水入渗主要影响的是表层的土体,湿润峰的运移速率会随着入渗深度的增加而降低。在积水入渗的作用下,黄土的抗剪强度都得到了一定程度的衰减,其中黄土的粘聚力下降显著,最大降幅为68.2%,且有效减小范围约为入渗深度的1/2。(2)强降雨对基坑的影响主要体现在地表沉降,支护桩位移以及桩身弯矩这三个方面,三者在强降雨的影响下分别有着不同程度的增大,其中支护桩位移的增幅最大,表现为在强降雨的作用下支护桩水平位移整体向坑内偏移,最大偏移量出现在3/5倍的桩身长度处。(3)强降雨的时长是影响基坑稳定性的最主要因素,基坑的整体稳定性系数随着降雨时长的增加最大降幅为8.36%,降雨强度小但降雨时长久的强降雨天气会让基坑更易失稳。加深围护桩的嵌固深度可有效减轻强降雨带来的不利影响;减小第一道混凝土支撑的水平间距可有效减小强降雨造成的地表沉降过大;减小第四道钢支撑的水平布置间距可有效抵抗强降雨所造成的桩身向坑内偏移过大;基坑施工时将基坑内黄土初始含水率控制在16%时最为适宜。
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