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非饱和土中地铁站深基坑支护结构变形研究

蒋振宇  
【摘要】:在地铁站深基坑开挖的支护措施设计问题上,我们应当考虑基坑地下水位变动的影响,使地铁站深基坑的支护设计与稳定分析更符合实际情况,能够得到更准确的结论,从而可以正确指导现场施工。通常在基坑开挖前会进行基坑降水,基坑周围的地下水位下降,基坑周边土体在一定范围内由饱和土变为非饱和土,使得土体的抗剪强度有所增加。在工程上,我们应当充分利用这一效应,从而可以为基坑支护提供有效助力。本文针对目前地铁站深基坑工程中的非饱和土问题,研究了基坑土体考虑非饱和土性质将对基坑变形、支护结构受力等产生怎样的影响。以“饱和度(含水量)?抗剪强度参数?基坑开挖模拟”为研究思路,本文主要做了以下几点工作:论文主要有三个部分,第一个部分是非饱和土的判别,即在基坑开挖之前,基坑降水,地下水位降低,从而基坑周边土体在一定范围内由饱和土变为非饱和土。第一部分内容就是要判断这一范围是多大,即水位线以上多少米认为基坑土体可以按非饱和土考虑。本文以“降水——饱和度——基质吸力——非饱和判别(水位线以上多少米按非饱和土考虑)”为研究思路。通过基质吸力得出水位线以上0.81m的基坑土体按非饱和土来考虑是合理的,这为之后进行非饱和土深基坑支护结构变形分析提供了可靠的依据,并验证了建立数值模型方法的正确性。第二部分,非饱和土判别完成之后,即已经确定哪部分基坑土体是非饱和土之后,如何考虑非饱和土。通过普通三轴试验研究不同饱和度(含水量)与非饱和土强度参数之间的变化规律,并对试验结果进行曲线拟合,得到具有一定参考价值的拟合公式。这一部分发现非饱和土抗剪强度与饱和度(含水量)关系密切,而非饱和土与饱和土的根本区别是有基质吸力的影响,饱和度与基质吸力之间的关系曲线是土—水特征曲线,就联想到利用土水特征曲线结合饱和土强度参数对非饱和土强度参数进行预测。由于缺少试验数据,本文参考相关论文数据,利用预测公式对非饱和土强度进行了预测,效果不错,但尚缺乏足够的试验数据来支持。第三部分,研究在考虑了非饱和基坑土体之后,对基坑变形与支护结构受力、变形等有什么样的影响,并与按饱和土参数进行基坑开挖模拟的结果对比,研究分析了两者之间的差异并总结规律。可以发现,饱和度变化会对非饱和土体以及基坑变形产生一系列的影响,同时考虑非饱和土对基坑开挖具有重要意义,本文的研究为非饱和土地铁站深基坑开挖、设计与管理评估提供了可靠的参考依据,对今后类似工程的建设具有重要的指导意义。


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