地下连续墙成槽施工环境效应研究

发布时间：2019-01-30 17:11

【摘要】：地下连续墙由于其自身优点被广泛应用于工程实践中,诸如建筑物地下室、地铁、隧道、码头、护岸、防渗墙、挡土墙等等,已成为地下工程和深基础工程施工中的有效技术。从20世纪初至今,地下连续墙在其结构形式、使用范围、施工技术、施工器械、受力特征、设计理论等各方面都得到了长足的进步和发展。但关于地下连续墙成槽施工过程引起的坏境效应并没有得到足够的重视。地下连续墙成槽施工的第一步骤是泥浆护壁作用下的挖槽,槽的四面孔壁因开挖时的临空以及混凝土灌浆对周围土体的应力和变形都会产生扰动影响。层状结构地形中地下连续墙泥浆护壁稳定性在现阶段的研究中还没有明确而实用的评价方法；地下连续墙成槽施工过程对墙周土压力的重分布机理和影响程度没有得到重视,在墙周土体扰动基础上的基坑开挖变形预估计算与传统预估计算的差异性、差异程度同样没有引起学术界关注；地下连续墙成槽施工周边土体变形对邻近建筑或地下管线的影响往往被忽视。因此,在总结地下连续墙成槽施工对周围环境潜在危害的基础上,主要展开了如下研究： (1)将地下连续墙泥浆护壁稳定性评价方法根据朗肯理论和库伦理论基础进行了分类。提出了基于库伦理论的层状结构地形中地下连续墙泥浆护壁稳定性评价的水平条分法,与垂直条分法的对比体现了水平条分法的可行性和优势,总结了水平条分法求解的一般步骤。以二维楔形体破坏模型为研究实例,建立了满足力平衡3M方程模型和同时满足力平衡和力矩平衡的4M方程模型,验证了3M方程模型的有效性和条分法提出的必要性,分析了4M方程模型存在的问题。将3M方程模型应用于工程实例分析,总结了临界角度和安全系数随地下水位、地表超载、泥浆高差、及泥浆重度的变化规律。并用定义的水平条间力与竖向条间力比值讨论了不同参数取值下水平条间力的变化规律。 (2)以武汉市绿地超深基坑工程为依托,首先对10幅紧邻地下连续跳跃式成槽施工过程进行了三维有限差分数值模拟。整个数值模拟过程包括：地下连续墙成槽开挖、混凝土灌注、以及混凝土固结硬化。数值计算结果和实测数据吻合良好,对墙周土压力的监测揭示了地下连续墙成槽施工过程影响墙周土压力重分布规律及形成原因。在此基础上根据对称性,对裙楼区5幅紧邻地下连续墙支撑分步开挖进行了三维有限差分数值模拟,分别采用了考虑和不考虑地下连续墙成槽施工过程效应两种模拟方式,对比了两种不同模拟方式下的墙体水平位移、墙后地表沉降、以及支撑轴力,结果表明考虑地下连续墙成槽施工过程效应对基坑变形影响显著,应该得到必要的重视。 (3)将复变弹性理论应用于地下连续墙成槽施工周边土体水平应力和位移的求解。首先采用弹性数值模型验证了地下连续墙成槽施工三维开挖问题转化为平面问题求解的可行性。在此基础上,通过保角变化将矩形槽孔以外的区域映射到单位圆域,得到保角映射函数,利用Muskhelishvli复变弹性理论推导了槽段周边土体水平应力和位移的解析解形式。与同等条件下的数值解对比验证了解析解的精准性,对水平应力和位移进行了参数学习,总结出了槽面中心位置最大水平位移的计算简式,将其应用于工程实例,验证了解析解的实用价值。 (4)对比分析了基坑开挖墙后地表沉降与地下连续墙成槽开挖地表沉降的共同点和差异,系统的采用数值计算的方法对武汉二元结构地层中地下连续墙成槽开挖地表沉降的规律性进行了分析。在地表沉降参数学习的基础上结合Peck沉降预测方法,建立了关于土体弹性模量、槽面压力差、土体重度的武汉二元结构地层中地下连续墙成槽开挖地表沉降预测的经验公式。将公式应用于工程实例,实测数据与预测值的对比验证了预测公式的可靠性和实用价值。 (5)设计和开发了一套地下连续墙成槽施工过程环境效应面向对象的GUI程序。程序内容包括：地下连续墙泥浆护壁稳定性评价、地下连续墙成槽施工水平应力和位移计算、武汉二元结构地层中地下连续墙成槽开挖地表沉降预测。
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【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU753

【引证文献】