城市地下結(jié)構(gòu)施工對(duì)鄰近構(gòu)筑物影響的研究.pdf

1、在日益發(fā)展的城市化進(jìn)程中,密集的高層與超高層建筑和發(fā)達(dá)的地下交通網(wǎng)絡(luò)已成為城市必不可少的重要組成部分?；庸こ坛Ｌ幱诿芗募扔薪?構(gòu))筑物附近,基坑施工受到了更加嚴(yán)格的環(huán)境制約。預(yù)測(cè)基坑施工引起的變形及其對(duì)周邊環(huán)境的影響,對(duì)于城市中心地區(qū)深基坑的設(shè)計(jì)與施工具有重要指導(dǎo)意義,為了更好跟有效地保護(hù)鄰近建筑物的安全,在深基坑工程中,對(duì)開挖卸荷力學(xué)效應(yīng)的研究變得更加意義重大。
　　在眾多對(duì)基坑工程變形與穩(wěn)定研究中起到重要作用的因素中,土體

2、抗剪強(qiáng)度和本構(gòu)模型是最為關(guān)鍵的,而它們的準(zhǔn)確性與土體應(yīng)力路徑有著密切的關(guān)系。本文結(jié)合廣州中心城區(qū)深基坑工程實(shí)踐,采用試驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬等方法,對(duì)城市地下結(jié)構(gòu)施工對(duì)周邊環(huán)境的影響進(jìn)行了研究,取得了以下創(chuàng)新性研究成果。
　　1.對(duì)廣州市的地質(zhì)分區(qū)進(jìn)行調(diào)研,給出廣州市各巖土環(huán)境分區(qū)對(duì)地下工程適應(yīng)性的評(píng)價(jià),確定了中心城區(qū)典型土體為研究對(duì)象,結(jié)合廣州市崗頂酒店基坑工程,采用SLB-1型應(yīng)力應(yīng)變控制式三軸剪切滲透試驗(yàn)儀,對(duì)基坑開挖影

3、響范圍內(nèi)的淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土層進(jìn)行了常規(guī)三軸試驗(yàn)和考慮應(yīng)力路徑的k0固結(jié)卸荷試驗(yàn),對(duì)土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的差異在不同固結(jié)壓力和應(yīng)力路徑條件下進(jìn)行對(duì)比分析了。試驗(yàn)結(jié)果表明:前期固結(jié)壓力對(duì)土體強(qiáng)度的影響比較大,k0固結(jié)后土體的強(qiáng)度比等壓固結(jié)的強(qiáng)度高,在土樣同屬于壓縮剪切破壞的情況下,加載條件與卸載條件下土樣的破壞強(qiáng)度相差不大。土體孔隙水壓力的隨軸向應(yīng)變的變化規(guī)律與土體的平均固結(jié)壓力、土質(zhì)以及應(yīng)力路徑有關(guān),對(duì)于常規(guī)三軸試驗(yàn)、k0固

4、結(jié)加載試驗(yàn)以及側(cè)向卸載試驗(yàn),孔隙水壓力的隨軸向應(yīng)變的變化趨勢(shì)可以用指數(shù)衰減性的函數(shù)曲線來擬合,而軸向卸載試驗(yàn)中孔隙水壓力的隨軸向應(yīng)變的變化趨勢(shì)可以用兩段二次拋物線的函數(shù)曲線來擬合,總的來說,土體的平均固結(jié)壓力越大、塑性指數(shù)越高孔隙水壓力上升得越快,臨界孔隙水壓力越大。
　　2.基于不同應(yīng)力路徑下土體試驗(yàn)的結(jié)果,驗(yàn)證了k0固結(jié)條件土體在不同應(yīng)力路徑下（公式略）關(guān)系曲線存在很好的線性關(guān)系,說明k0固結(jié)條件下卸荷狀態(tài)下的（σ1-σ3）-

5、ε曲線能夠用雙曲線來擬合,以此為基礎(chǔ),把土體在不同應(yīng)力路徑下非線性彈性模型的切線模量表達(dá)式推導(dǎo)出來,給出了土體卸荷非線性彈性本構(gòu)模型參數(shù)的確定方法。通過對(duì)（σ1-σ3）-ε曲線的分析,得到:初始切線模量與應(yīng)力路徑、土質(zhì)以及平均固結(jié)壓力有關(guān),土體的平均固結(jié)壓力越大隨之塑性指數(shù)越低初始切線模量也越大;軸向卸載的初始切線模量值最大、側(cè)向卸載的初始切線模量次之、軸向加載的初始切線模量最小;軸向加載的初始切線模量與圍壓的關(guān)系可以用冪函數(shù)來表示,而

6、側(cè)向卸載、軸向卸載的初始切線模量與圍壓成線性關(guān)系。
　　3.基于MIDAS/GTS有限元分析軟件,采用土體卸荷非線性彈性本構(gòu)模型,從基坑開挖施工全過程、基坑開挖的空間作用、盾構(gòu)隧道等效剛度折算系數(shù)大小、隧道所處土層彈性模量大小等來研究基坑開挖對(duì)下方盾構(gòu)隧道變形的影響,并結(jié)合崗頂酒店基坑工程實(shí)例進(jìn)行分析。分析表明,隨著基坑開挖,下方隧道豎向位移的增量比水平位移的增量要大,總體來說,深基坑開挖引起隧道的變形以豎向變形為主。盾構(gòu)隧道變形

7、主要受其上方基坑開挖的影響,隧道上方的基坑開挖,對(duì)隧道變形的影響程度較小。
　　4.通過引入盾構(gòu)管片的等效縱向剛度、等效橫向剛度,來簡(jiǎn)化盾構(gòu)管片的計(jì)算模型?；贛IDAS/GTS有限元分析軟件,采用土體卸荷非線性彈性本構(gòu)模型,從鄰近隧道的空間相對(duì)位置、盾構(gòu)隧道等效剛度折算系數(shù)大小、隧道所處土層彈性模量大小等來研究隧道施工對(duì)下鄰近隧道的影響。分析表明,在盾構(gòu)隧道下方,沿著盾構(gòu)隧道方向修建隧道(0°)時(shí),上方盾構(gòu)的變形也是沿著全長(zhǎng)范圍

8、的,受新建隧道的影響最大。當(dāng)盾構(gòu)隧道和新建隧道夾角45°和90°時(shí),上方盾構(gòu)隧道管片變形分布具有明顯的對(duì)稱性,沿著盾構(gòu)隧道向兩邊延伸,新建隧道對(duì)其的影響逐漸減弱。兩隧道夾角45°～90°之間,交疊處影響效果很接近;45°時(shí)的情況下兩隧道交疊范圍較大,因此其影響范圍也相對(duì)較大,所以沿著盾構(gòu)隧道兩個(gè)方向上,盾構(gòu)管片變形減小的速率要小。
　　5.結(jié)合崗頂酒店基坑工程實(shí)例,引入遺傳算法對(duì)傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn),通過遺傳算法搜索,確定了

9、該樣本參數(shù)下最優(yōu)的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)及最大循環(huán)次數(shù),通過自學(xué)習(xí)與訓(xùn)練確定了最優(yōu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值參數(shù),提出了深基坑開挖沉降及水平位移預(yù)測(cè)的基于遺傳BP網(wǎng)絡(luò)建模方法,實(shí)現(xiàn)了降低巖體力學(xué)參數(shù)的變異性所對(duì)模型造成的誤差,僅在一定范圍內(nèi)取值計(jì)算,其預(yù)測(cè)結(jié)果的精度得到保證,通過實(shí)例預(yù)測(cè)可以看出,四組預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值中最大的絕對(duì)水平位移誤差為0.25mm,最大的沉絕對(duì)沉降位移誤差為0.09mm;最大的相對(duì)水平位移誤差為1.7％,最大的相對(duì)沉降位移誤差為1.57