降雨入渗对非饱和土基坑围护结构稳定性影响的研究

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随着国家经济实力的飞速提升,高层建筑已经在国内很多城市得到迅速发展,因而深基坑的支护工程的出现也越来越多,排桩-锚杆支护结构也因为具有其特有的优势,已成为深基坑支护中一种最常用的支护结构之一。然而在黄土地区目前的基坑施工中,降雨入渗往往是非饱和基坑土体边坡失稳的主要诱发因素之一。因此,考虑基坑边坡稳定和支护结构受降雨入渗影响的研究也成了人们对基坑支护工程研究中的一个重要内容。查阅大量资料发现,目前研究降雨条件下非饱和土体边坡失稳的文章较多,基本阐述了边坡失稳的破坏规律以及高强度暴雨是边坡失稳的主要原因之一。然而,对于城市内有支护条件的基坑受到降雨入渗影响的研究较少,却不能完全照搬边坡的破坏机理来模拟基坑,因为基坑相对于一般边坡有以下其自身的特点:1.城市中深基坑边坡一般为90°垂直边坡,表面一般有混凝土面层可以阻止雨水渗入,而普通边坡一般为斜边坡,边坡表面雨水接收量大,并且雨水会形成冲刷作用;2.对于有桩锚支护的基坑,由于存在抗滑桩的作用,整体破坏滑移面较深,普通边坡滑移面较浅;3.城市内基坑边坡土体一般较密实,降雨入渗速度较慢,普通边坡土质一般较疏松,入渗速率较快,边坡渗流场随降雨入渗变化较快。本文选取西安某深基坑为研究对象,对其支护结构在降雨条件下稳定性进行细致研究。主要研究内容如下:(1)在认真归纳总结了国内外关于降雨条件下基坑边坡变形以及稳定性研究的特征及相关研究方法的基础上,对深基坑边坡土质特性进行分析。介绍了非饱和土基质吸力的基本概念和形成机理、非饱和土抗剪强度理论、非饱和土的土-水特征曲线及非饱和土体Galerkin渗流理论,讨论了降雨入渗基坑边坡的过程以及降雨入渗对基坑边坡的影响因素,并将边坡、支护结构及基坑土体结合为一个整体进行研究。(2)以MIDAS有限元软件,结合西安某基坑支护为工程算例,按实际尺寸建立降雨分析模型。模型建立后,分别采用瞬时暴雨和连阴雨两种降雨模式对不同渗透系数的土层进行模拟,分析不同工况下土体孔隙水压力随降雨历时的变化规律。(3)结合基坑支护条件,利用MIDAS有限元软件建立基坑桩锚支护模型,沿用渗流分析的工况,分析各工况条件下降雨历时对基坑边坡稳定系数、锚杆轴力和排桩弯矩的影响变化规律。
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