基于“m”法的軟土地區(qū)基坑工程時空效應研究.pdf

1、高層建筑的興起和城市地下空間的開發(fā)帶來了大量的深基坑工程，基坑開挖涉及到土力學中經(jīng)典的強度、穩(wěn)定與變形問題以及土與結構的共同作用等問題。本文針對軟土地基的工程特點，提出了用于分析深基坑支護結構內力與變形的三維“m”法，并采用該方法研究了軟土地區(qū)基坑工程的時空效應。 支護結構的強度與變形計算是基坑工程設計中的主要內容。本文根據(jù)豎向彈性地基梁“m”法計算原理，結合大型通用有限元軟件將平面彈性桿系有限元法推廣到三維問題，提出了既符合目

2、前的基坑設計規(guī)范又可以考慮土-圍護-支撐體系共同作用的基坑支護結構三維分析方法(三維“m”法)。本方法將坑內地基土體考慮為彈簧單元，其剛度根據(jù)“m”法計算；將坑外土體簡化為按規(guī)范方法計算的水土壓力。由此建立支護結構和土彈簧的三維有限元模型，通過模擬實際施工工況下坑內土體的變化來分析開挖過程中支護結構的內力與變形。 由于飽和軟土的流變性和低滲透性，在軟土地區(qū)進行的基坑開挖呈現(xiàn)明顯的時間效應。本文根據(jù)上海地區(qū)典型土層的流變試驗結果，

3、將坑內被動區(qū)土體基床系數(shù)的比例系數(shù)(m值)表示為時間的函數(shù)來反映土體變形的時間特性，并由此分析m值隨時間的變化對支護結構變形與內力的影響。利用上述方法對基坑支護結構的變形進行參數(shù)研究，結果表明土體流變對支護結構的影響主要發(fā)生在開挖后初期。因此在施工中應盡早采取措施減少無支撐暴露時間，以減小土體流變對支護結構變形及內力的影響。 深基坑開挖不僅是一個動態(tài)的施工過程，也是一個典型的三維問題，基坑支護結構的變形和內力具有明顯的空間效應。

4、采用本文提出的三維“m”法分析了由基坑支護結構形式的差異所引起的空間效應，并提出了采用三維“m”法模擬目前工程中常用的分區(qū)開挖與盆式開挖的方法，同時給出了被動區(qū)土體基床系數(shù)的計算公式。對擬建上海世博500kV地下變電站圓形基坑地下連續(xù)墻及支撐體系的分析表明，采用三維“m”法分析空間效應明顯的支護結構時有較大的優(yōu)勢，同時，計算中考慮盆式開挖和分區(qū)開挖會對支護結構的計算結果有一定的影響。 采用三維“m”法與規(guī)范推薦的平面彈性地基梁法

5、對上海南站北廣場基坑工程的比較分析表明三維“m”法將擋土結構和支撐體系作為整體進行計算可以自動滿足兩者的位移協(xié)調并可以直觀地給出支護結構各個位置的變形及受力狀況，且相比平面方法，三維“m”法連續(xù)墻水平位移計算值更接近于實測結果。應用三維“m”法綜合考慮時間效應與空間效應對長峰商場基坑工程進行了分析，計算結果與實測值吻合，分析結果表明無支撐暴露時間下，連續(xù)墻位移明顯增大，支撐澆筑有效地限制了位移的進一步增大，特別是支撐處的連續(xù)墻位移基本穩(wěn)