深基坑开挖引起共墙地下结构竖向变形特性研究

发布时间：2020-08-29 11:33

　　 高密度地下结构区域开发地下空间常常会遇到基坑围护结构与既有地下结构共用地下连续墙的情况,基坑开挖会导致地下结构出现过大的不均匀隆沉,造成结构的局部破坏。现有关于基坑的研究主要集中在对邻近地下结构的影响,对与基坑共墙的地下结构变形特性研究较少。通过对深基坑开挖引起共墙地下结构竖向变形特性进行研究,揭示共墙地下结构的竖向变形机理,并提出竖向变形预测方法和控制措施,可为工程实践提供理论依据和技术指导。本文采用数值分析、理论推导和现场测试等手段,探讨了基坑开挖对共墙地下结构竖向变形的作用机理和影响规律;提出了用于求解基坑开挖引起墙体竖向位移的理论预测方法;针对明挖暗埋地下结构两侧零距离基坑开挖问题,提出设置横隔墙、绑桩和地基加固等保护措施,并开展三维数值评估;依托工程案例开展现场测试,基于实测数据,阐明了基坑开挖引起共墙地下结构竖向变形特性。主要内容和结论包括:(1)揭示了开挖引起地下结构竖向变形的机理。通过分析开挖引起的墙底土体位移、墙土相对位移和墙顶竖向位移的关系,揭示了开挖引起地下结构竖向变形的机理,即墙体竖向位移由开挖卸荷引起墙底以下土体整体隆起和墙土相互作用导致的相对滑动组成,墙顶的最终隆沉特性主要取决于土体的竖向位移场,土体的竖向位移场主要受地层参数影响。分析表明纯黏土地层中,墙底土体隆起小,墙底刺入土体大,墙体出现沉降;纯砂土地层中,墙底土体隆起大,墙底刺入土体小,墙体出现隆起。当墙体与其他地下结构耦合在一起后,其自身的变形受到相邻结构物的影响,若周围结构发生沉降时,地连墙的隆起量也会减小。(2)提出了基坑开挖引起地下结构竖向位移的实用计算方法。采用Mindlin解求解开挖卸荷引起的土体应力场和位移场,结合墙土荷载传递模型,提出了基坑开挖引起地下结构竖向位移的实用计算方法。分析表明:随着土体模量的增大,坑内土体竖向位移减小,导致作用于墙体向上的摩阻力减小,从而减小墙体的隆起量;接触面刚度越大,墙体两侧的摩阻力相差越小,墙体的竖向隆起越小;随着坑内外接触面的刚度比增大,坑内作用在墙体向上的摩阻力增加,墙体的竖向位移增加。(3)提出开挖影响下共墙地下结构的位移控制保护措施,并开展综合评估。针对两侧开挖影响下共墙地下结构的竖向变形问题,提出设置横隔墙、绑桩和地基加固控制等保护措施,采用准三维数值分析,开展综合评估。结果表明:设置隔墙可提高共墙地下结构抗隆起刚度,但隔墙的存在会增大大基坑开挖引起的竖向位移,因此建议在大基坑开挖结束时施工布设短隔墙。通过设置绑桩可以有效控制地下结构隆起,绑桩深度越大,效果越好。土体加固可以有效减小坑内土体的竖向位移,从而达到减小地下结构的隆起量的目的。(4)通过实测分析,阐明了基坑开挖引起共墙地下结构竖向变形的分布特征与发展规律。依托实际工程案例开展现场测试,结合实测数据进行分析,结果表明:共墙明挖暗埋地下结构在基坑开挖过程中发生隆起,整体竖向位移曲线呈现出钟形。大基坑开挖过程中,分隔墙受到坑内土体回弹发生隆起,从而带动共墙地下结构隆起;小基坑开挖过程中,隧道的竖向位移由于小基坑内土体回弹而发生隆起。此外,对称卸荷的方案能够有效地限制共墙地下结构的侧向变形以及其倾斜程度。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU753
【部分图文】：

丁勇春简化影响分区

上海交通大学博士学位论文 第二章 深基坑开挖引起共墙地下结构竖向变形特性数值分析(2) 墙体侧向变形在基坑开挖过程中，墙体会随着开挖的进行而发生变形。当基坑坑内土体被挖去后，地连墙上原有的一部分土压力消失，坑外土体所产生的土压力将导致地连墙发生侧向变形。当开挖深度越深时，靠近开挖面的坑外土压力越大使得地连墙的侧向变形也越大。在地连墙发生侧向变形的过程中，不可避免地引起坑外土体产生下沉，从而导致地连墙受到向下的摩阻力作用。因此地连墙的侧向变形一定程度上影响墙体受到的摩阻力。图 2-14 为地连墙侧向变形曲线图。图(a)、图(b)和图(c)分别为纯黏土模型计算结果、纯砂土模型计算结果和组合土层模型计算结果。对比后可以发现：纯黏土模型中，基坑开挖后墙体的侧向变形最大，而纯砂土模型中，基坑开挖后墙体的侧向变形最小。

第 57 页图 2-32 墙体竖向变形云图g. 2-32Vertical displacement nephogram of retaining w法，采用了 2 个单一土体参数模型和一个续墙竖向位移的影响，得到了三种不同土层过对土体的黏聚力和摩擦角、接触面的属性揭示了地连墙竖向位移的基本规律。主要结移主要由两部分组成，一部分是由开挖卸荷，另一部分是墙底以上土体与墙体相互作用土体的竖向位移主要取决于墙底以下土体的与土体力学参数和墙土接触属性有关。中，墙底以下土体回弹量较小，由坑外土体

【参考文献】

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1 王志杰;许瑞宁;;基坑开挖对紧贴既有地铁车站的影响分析[J];公路;2015年04期

2 胡康俊;丰土根;张福海;单亚;;深基坑开挖坑底隆起影响因素有限元分析[J];施工技术;2014年22期

3 郭健;查吕应;庞有超;沈爽爽;夏鹏;;基于小波分析的深基坑地表沉降预测研究[J];岩土工程学报;2014年S2期

4 帅红岩;陈少平;曾执;;深基坑支护结构变形特征的数值模拟分析[J];岩土工程学报;2014年S2期

5 胡海英;张玉成;杨光华;钟志辉;陈富强;;基坑开挖对既有地铁隧道影响的实测及数值分析[J];岩土工程学报;2014年S2期

6 木林隆;黄茂松;;基于小应变特性的基坑开挖对邻近桩基影响分析方法[J];岩土工程学报;2014年S2期

7 宋广;宋二祥;;基坑开挖数值模拟中土体本构模型的选取[J];工程力学;2014年05期

8 姜峥;;基坑开挖引起邻近管线变形的理论解析[J];地下空间与工程学报;2014年02期

9 张雅宁;杨春山;刘锦伟;何娜;;基坑开挖对既有桥梁桩基的数值分析[J];广东工业大学学报;2014年01期

10 唐长东;杨小平;刘庭金;;紧贴地铁车站单侧深基坑的施工方案对比研究[J];地下空间与工程学报;2013年05期

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1 赵富章;上海某基坑工程周边地面沉降监测及预测模型研究[D];吉林大学;2017年

2 赵中椋;基于MIDAS-GTS基坑支护三维数值模拟分析[D];辽宁师范大学;2014年

本文编号：2808491