考慮卸荷效應(yīng)時(shí)開(kāi)挖對(duì)周?chē)h(huán)境的影響與評(píng)估研究.pdf

1、隨著城市建設(shè)的發(fā)展，我國(guó)地下工程的建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期。城市地下施工不可避免的會(huì)給周?chē)沫h(huán)境帶來(lái)不同程度的影響，有的將危害生產(chǎn)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。大量的地下工程建設(shè)實(shí)踐表明，地下開(kāi)挖卸荷會(huì)使周?chē)牡貙雍偷孛娈a(chǎn)生變形，嚴(yán)重者會(huì)造成建筑物產(chǎn)生不均勻沉降、開(kāi)裂，甚至倒塌。然而在分析與評(píng)估開(kāi)挖引起的影響和損害時(shí)，也不能過(guò)分夸大其影響程度，否則會(huì)造成保護(hù)成本的大量浪費(fèi)。因此對(duì)于從事地下工程研究和建設(shè)人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確掌握工程施工對(duì)

2、周?chē)h(huán)境的影響程度，進(jìn)行合理的損害評(píng)估，采取有效的保護(hù)措施，將環(huán)境影響降低到最小程度。 本文所研究的內(nèi)容是以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50278042 ）“復(fù)雜開(kāi)挖環(huán)境對(duì)建(構(gòu))筑物影響的實(shí)時(shí)分析與監(jiān)控研究”為研究背景的一個(gè)重要子項(xiàng)目。利用先進(jìn)的室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備和三維有限元軟件對(duì)考慮卸荷效應(yīng)時(shí)開(kāi)挖對(duì)周?chē)h(huán)境的影響與評(píng)估進(jìn)行全面的研究，分析了開(kāi)挖引起的地表變形規(guī)律及由此誘發(fā)的對(duì)相鄰建筑物的影響，結(jié)合南京地鐵一號(hào)線一期工程項(xiàng)目對(duì)地表變形和鄰

3、近建筑物的影響進(jìn)行了研究與損害評(píng)估，運(yùn)用試驗(yàn)得出的結(jié)論進(jìn)行損害評(píng)估的結(jié)果比常規(guī)方法更趨合理，顯著降低了臨近建筑物的保護(hù)成本。本文主要結(jié)論如下： （1）土體開(kāi)挖卸荷時(shí)，c、 值和摩擦系數(shù)越大，支護(hù)樁之間的土拱效應(yīng)越強(qiáng)，尤其是c值影響最大；在樁距為5d以內(nèi)時(shí)，土拱效應(yīng)比較明顯；拱頂高度大致為0.5倍樁距，應(yīng)力拱的形狀與荷載的大小無(wú)關(guān)。梅花形布樁比雙排布樁受力更為合理。 （2）固結(jié)不排水條件下，常規(guī)三軸壓縮（加荷）試驗(yàn)中產(chǎn)生正

4、孔壓；而減壓三軸壓縮（卸荷）試驗(yàn)中產(chǎn)生負(fù)孔壓。加卸荷試驗(yàn)中的最大孔壓和峰值強(qiáng)度均與平均固結(jié)壓力 成正比。卸荷試驗(yàn)中的峰值強(qiáng)度 和最大孔壓 的絕對(duì)值明顯小于加荷試驗(yàn)中得到的峰值強(qiáng)度和最大孔壓。 固結(jié)排水條件下，加荷試驗(yàn)的體積應(yīng)變?yōu)樨?fù)，表現(xiàn)為剪縮。而卸荷試驗(yàn)體積應(yīng)變?yōu)檎?，表現(xiàn)為剪脹，且破壞時(shí)應(yīng)變較小。 所有不同應(yīng)力路徑試驗(yàn)均在應(yīng)變4％時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，說(shuō)明不管在什么應(yīng)力路徑下該土的性質(zhì)在應(yīng)變4％時(shí)發(fā)生變化，因此在實(shí)際工程中該拐點(diǎn)可

5、作為一應(yīng)變控制點(diǎn)。 （3）加荷和卸荷試驗(yàn)中的初始變形模量均與平均固結(jié)壓力 成正比。比較相同固結(jié)圍壓和軸壓的加卸荷試驗(yàn)得出的割線模量 和 ，發(fā)現(xiàn)大致呈如下關(guān)系： ；而加卸荷時(shí)的有效應(yīng)力強(qiáng)度參數(shù)基本相同。 （4）通過(guò)大量的實(shí)測(cè)資料和計(jì)算分析，提出可用于工程影響預(yù)測(cè)的地表縱向沉降曲線公式： ，該曲線有效的克服了累積概率曲線難以改變的缺點(diǎn)，可以通過(guò)控制b值和k值來(lái)反映開(kāi)挖面上方地表處的沉降大小及工后沉降問(wèn)題；提出隧道開(kāi)挖引起的地

6、表水平位移曲線公式： ， 并對(duì)函數(shù)性質(zhì)和參數(shù)定義做了研究分析。采用本文曲線公式可以簡(jiǎn)單有效的預(yù)測(cè)開(kāi)挖引起的地表位移。 （5）本文對(duì)地下掘進(jìn)過(guò)程引起的地表變形及由此誘發(fā)的對(duì)建筑物的影響做了動(dòng)態(tài)的三維有限元數(shù)值模擬分析，得出了以下主要結(jié)論。 各個(gè)地表橫向斷面的沉降曲線符合正態(tài)分布，開(kāi)挖面后方的土體經(jīng)過(guò)卸荷擾動(dòng)，沉降較大。隨著隧道開(kāi)挖的進(jìn)行，臨近建筑物的不均勻沉降及平均沉降增大，最終趨于穩(wěn)定。 地層的不均勻沉降所導(dǎo)致的

7、地表傾斜改變了地面的原始坡度，它使建筑物的重心發(fā)生偏斜，引起附加應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化而引起破壞。 建筑物的存在約束了地表的變形，降低了擾曲和水平應(yīng)變；同時(shí)也約束了隧道周邊土體的位移。臨近建筑物施工時(shí)結(jié)構(gòu)荷載造成隧道襯砌上內(nèi)力的增加。 （6）將試驗(yàn)得出的結(jié)論和縱向沉降曲線預(yù)測(cè)公式應(yīng)用于南京地鐵一號(hào)線一期工程項(xiàng)目，采用三階段評(píng)估方法對(duì)開(kāi)挖引起地表變形及由此誘發(fā)的建筑物沉降、破壞進(jìn)行了預(yù)測(cè)評(píng)估，結(jié)果比常規(guī)