【摘 要】
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在滨海城市中心区域,地下空间开发成为一种大趋势,软黏土地区深基坑工程日益增多。软黏土地区基坑开挖必然会改变土体的原始应力场和位移场,继而导致围护结构向开挖区发生侧向位移、坑外地表沉降、坑底隆起及紧邻建(构)筑物的沉降或倾斜。目前超深小平面基坑(如超深小平面立体车库、狭长型地铁车站等)的工程案例日益增多,而深窄基坑由于平面尺寸问题,呈现出典型的“空间效应”特征。传统的土压力计算模型基础假设为半无限土
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在滨海城市中心区域,地下空间开发成为一种大趋势,软黏土地区深基坑工程日益增多。软黏土地区基坑开挖必然会改变土体的原始应力场和位移场,继而导致围护结构向开挖区发生侧向位移、坑外地表沉降、坑底隆起及紧邻建(构)筑物的沉降或倾斜。目前超深小平面基坑(如超深小平面立体车库、狭长型地铁车站等)的工程案例日益增多,而深窄基坑由于平面尺寸问题,呈现出典型的“空间效应”特征。传统的土压力计算模型基础假设为半无限土体,这往往和实际深窄基坑存在有限土体性质不符。同时,现有规范的基坑抗隆起计算公式也未能充分考虑基坑开挖宽度等因素的影响。因此研究对深窄基坑的土压力,基坑抗隆起安全系数以及对周围环境的影响变形特性开展研究具有显著的现实意义。本文依托杭州地区基坑工程的实际监测数据、有限元软件模拟以及理论分析开展研究。对深窄基坑的被动区土压力及抗隆起安全系数进行理论推导,同时研究了超深小平面基坑的变形及周围环境影响特性,主要研究内容如下:(1)本文基于极限平衡理论和微分体受力平衡方法,考虑土体黏聚力和围护结构与滑动土体摩阻力的基础之上,推导关于基坑存在坑中坑时的被动土压力理论计算公式。通过算例对比了宽基坑与窄基坑在坑中坑条件下的被动土压力变化大小趋势。结果表明,考虑摩擦力条件下的被动土压力大于未考虑摩擦力的被动土压力;无内坑时,窄基坑被动土压力大于宽基坑被动土压力;无论宽基坑还是窄基坑,有内坑时的被动土压力小于无内坑时;在窄基坑中,随着内坑位置从围护结构内侧移动到围护结构另一边内侧,土压力先变小后增大,且内坑平面尺寸的增加导致土压力逐渐减小。由于内坑的存在将降低围护结构上的被动土压力,因此工程中应注意内坑的存在对被动区土压力的影响。(2)基坑隆起是基坑开挖过程中失稳常见的破坏形式之一。现有的方法在计算基坑抗隆起时,未能充分考虑基坑平面尺寸效应的影响,滑动下沉土体与不动土体之间的抗剪力作用及土层地质条件,使得计算的抗隆起安全系数偏小。本文基于太沙基地基承载力理论,在考虑基坑宽度和硬土层的条件下,推导出新的计算基坑抗隆起安全系数公式,通过萧山民营经济中心实际基坑工程案例进行分析,对影响基坑抗隆起安全系数的参数进行分析。结果表明现有的方法偏于保守,不能考虑基坑宽度与土质条件带来的影响,而新的公式能体现出两者对基坑隆起的影响,与实际工程更符合。研究结果可为基坑抗隆起稳定性计算评价作为依据。(3)对杭州地区某超深小平面立体车库基坑进行了系统性监测,分析超深小平面基坑开挖过程中围护结构和周围土体的变形规律,并借助PLAXIS有限元软件模拟,深入分析围护结构及邻近土体位移场变化其变化规律。研究表明:基坑开挖引起地连墙产生侧向位移,整体呈现“弓”型变形;内隔墙的空间效应对基坑变形有抑制作用,在本工程案例中,通过参数分析,发现内隔墙数量上存在最优设置为2道;坑外土体位移场可以由位移值进行分区。与其他基坑工程数据的对比发现,小平面基坑抵抗变形效果更好。因此,可以借助小平面基坑的变形特征进行土体位移场及邻近建筑变形的预测,为深窄基坑“变形控制”设计理念提供科学依据。
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