基坑開(kāi)挖基底抗隆起穩(wěn)定系數(shù)及向上變形規(guī)律的研究.pdf

1、基坑開(kāi)挖，其底部土體的向上變形包括隆起和回彈兩種情況，二者發(fā)生的機(jī)理不同。隆起是由于基坑內(nèi)土體的挖除，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外土體形成壓力差，在此壓力差的作用下，基坑周邊土體所發(fā)生的塑性變形。這種隆起會(huì)引起較大的擋土結(jié)構(gòu)的水平位移、水平支撐結(jié)構(gòu)的上浮、坑外地表的沉降及鄰近建筑物的變形。隆起在工程中通過(guò)控制基坑抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)加以避免，即基坑抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)越高，則支護(hù)結(jié)構(gòu)位移就越小，周?chē)孛娴某两狄矔?huì)越小，所以準(zhǔn)確驗(yàn)算抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)，對(duì)于判斷基坑

2、內(nèi)外是否穩(wěn)定意義重大?；貜椫傅氖请S著基坑開(kāi)挖部分土體卸荷，基底土體發(fā)生的向上變形。基坑開(kāi)挖引起基底的回彈量可達(dá)幾厘米至十幾厘米，這個(gè)回彈量會(huì)導(dǎo)致建筑物沉降量難以預(yù)估，會(huì)影響逆作法立柱樁的設(shè)計(jì)與施工，會(huì)引起隧道或地鐵的上抬變形，尤其會(huì)對(duì)在基底下設(shè)的工程樁產(chǎn)生上拔作用，甚至拔斷。因此，能否準(zhǔn)確預(yù)估回彈量的大小已是判定基坑的變形是否穩(wěn)定的重要依據(jù)。本論文研究基底向上變形的最大位移δ，把隆起和回彈同時(shí)考慮。
　　為了研究基坑開(kāi)挖δ的變形規(guī)

3、律，本論文先分析比較了Mohr-Coulomb模型、修正Mohr-Coulomb模型和C-Y模型的優(yōu)劣，再借助FLAC3D4.0軟件，建立一個(gè)20米深基坑模型，通過(guò)數(shù)值模擬與多種計(jì)算公式對(duì)基坑抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)的分析比較來(lái)判定基坑是否穩(wěn)定，以保證基坑在不發(fā)生隆起破壞的前提下，繼而研究δ的變形規(guī)律。本論文采用數(shù)值模擬方法基于不同工況選用不同本構(gòu)模型分別對(duì)基坑空間效應(yīng)、周?chē)h(huán)境、有無(wú)工程樁等對(duì)基底向上變形的影響程度做了詳細(xì)研究。最后，以太原市

4、某一深大基坑工程為例，先借助抗隆起穩(wěn)定系數(shù)公式判定基坑支護(hù)是否穩(wěn)定，后依托工程實(shí)例，運(yùn)用前面所得δ規(guī)律建模，優(yōu)化降水方案，得出數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)測(cè)和土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比δ值，從而總結(jié)出一系列規(guī)律，獲得一些認(rèn)識(shí)和結(jié)論，可以用于指導(dǎo)實(shí)踐。
　　1.本文在選用土的本構(gòu)模型時(shí)，首先分析比較 Mohr-Coulomb模型、修正Mohr-Coulomb模型和C-Y模型的內(nèi)涵，然后在不同章節(jié)分別選用了相應(yīng)的本構(gòu)模型，相得益彰。（1）因?yàn)镸oh

5、r-Coulomb模型是經(jīng)典模型，是其它諸多模型的基礎(chǔ)，該模型運(yùn)用于計(jì)算機(jī)程序，運(yùn)算速度快，能反映一定的規(guī)律，故在研究基坑開(kāi)挖空間效應(yīng)對(duì)δ的影響時(shí)采用了該模型；（2）由于 Mohr-Coulomb模型沒(méi)考慮對(duì)同一種土不同深度處楊氏模量不同，與工程實(shí)際δ值差異大，而修正 Mohr-Coulomb模型中考慮了這一點(diǎn)，所得δ值與實(shí)際情況接近，故在研究基坑周?chē)h(huán)境及有無(wú)工程樁對(duì)基底回彈的影響時(shí)采用修正Mohr-Coulomb本構(gòu)模型；（3）C-

6、Y模型是在Mohr-Coulomb模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮了靜水壓力作用下的帽蓋屈服，故在研究降水對(duì)基底δ值的影響時(shí)采用C-Y模型，所測(cè)得δ值與實(shí)測(cè)值相近。
　　2.對(duì)于基底向上變形的極限失穩(wěn)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者用基底抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)FS做了大量的研究得出了諸多公式，本論文基于一個(gè)20m深的基坑，通過(guò)運(yùn)用公式法和數(shù)值模擬對(duì)基底抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)FS的分析比較，得出FS與基坑周?chē)馏w的粘聚力、內(nèi)摩擦角、基坑周?chē)袩o(wú)外加荷載和支護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深

7、度緊密相關(guān)，并提出更合理的修正Wong和Goh法，該法與數(shù)值模擬法計(jì)算的系數(shù)擬合度高達(dá)98％，這為用數(shù)值模擬法更合理計(jì)算各種工況下的δ值奠定了基礎(chǔ)。
　　3.為了進(jìn)一步研究基坑開(kāi)挖基底向上變形的規(guī)律，以第三章所建基坑模型為依托，采用數(shù)值模擬方法，針對(duì)影響δ值的多種因素作了詳細(xì)數(shù)值模擬，進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)歸納總結(jié)，找出規(guī)律，并得出結(jié)論。
　　首先，基于摩爾-庫(kù)侖模型原理，針對(duì)影響δ的空間效應(yīng)因素，闡明了?基坑長(zhǎng)度不變寬度變化、長(zhǎng)寬比

8、為定值的長(zhǎng)條形基坑；?方形基坑面積增加一倍；等面積的長(zhǎng)條形基坑與方形基坑的比較等，在各種開(kāi)挖深度下基底的δ變化規(guī)律，論證了基坑不同的空間效應(yīng)引起基底向上變形的機(jī)理，得出了基坑開(kāi)挖空間效應(yīng)對(duì)基底向上變形影響顯著，建議實(shí)際工程應(yīng)分條分塊分層開(kāi)挖。
　　其次，基于修正摩爾-庫(kù)侖模型原理，針對(duì)影響δ的基坑周?chē)h(huán)境因素(基坑的開(kāi)挖深度 H、土體的重度γ、粘聚力 c、摩擦角φ、泊松比μ、基坑周邊荷載的大小q及其到基坑邊緣的距離S和連續(xù)墻的插入

9、深度D)，分析了改變其中某一因素，分別尋找δ值的變化規(guī)律。
　　最后，基于修正摩爾-庫(kù)侖模型原理，對(duì)基底有無(wú)工程樁做了比較，并對(duì)工程樁的參數(shù)進(jìn)行了分析，討論了有工程樁對(duì)δ的影響大，并且分析了工程樁各項(xiàng)參數(shù)變化在不同開(kāi)挖深度下δ的變化規(guī)律，論證了工程樁制約基底向上變形的機(jī)理，得出了合理設(shè)計(jì)工程樁的參數(shù)取值。
　　4.在上述20m深基坑模型的基礎(chǔ)上，參數(shù)取自太原市某一深基坑工程的地質(zhì)勘查報(bào)告，基于C-Y模型原理，采用數(shù)值模擬，進(jìn)

10、一步研究了施工開(kāi)挖前基坑內(nèi)降水完成后改變連續(xù)墻的彈性模量、基坑外水位和支撐位置對(duì)基底δ值的影響規(guī)律，論證了不同基坑外水位及支撐位置引起基底δ值的機(jī)理，得出了基坑外水位越低，最后一道撐離基底越近，基底δ值越小。為了研究施工開(kāi)挖降水在不同工況下對(duì)基底向上變形的影響程度，本文就側(cè)向固定水頭分別在一次降水和分布降水兩種工況下，對(duì)各種開(kāi)挖深度下基底δ值的變化規(guī)律作了分析比較，論證了不同水頭差，不同滲流路徑引起基底向上變形的機(jī)理，得出了基坑內(nèi)外水頭

11、差越大，滲流路徑越短，基底的δ值越大，分布降水比一次降水更有利，建議工程降水方案采用分布降水。
　　5.本文通過(guò)數(shù)值模擬分析、工程實(shí)測(cè)、公式法和回彈再壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)20m深基底的δ比較，得出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可靠，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力；實(shí)驗(yàn)室結(jié)果小的多，此值小于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值，這是因?yàn)槭覂?nèi)土工實(shí)驗(yàn)沒(méi)有考慮基坑內(nèi)外壓力差的影響，而且使用的土樣為小尺寸試件，取土過(guò)程很難保證結(jié)構(gòu)不被擾動(dòng)；數(shù)值模擬結(jié)果略偏大一點(diǎn)，具有很高的參考價(jià)值，在經(jīng)驗(yàn)取值的基礎(chǔ)上可方便分析更大