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考虑流变和固结的基坑工程性状研究

周立  
【摘要】:目前,基坑设计一般只考虑基坑性状的瞬时变化,没有考虑时间因素对基坑性状的影响。大量的工程实践表明,基坑工程具有时间效应,尤其是在软土地区上建造的基坑,其时间效应表现明显。本文以在软土上建造的基坑工程为研究对象,分析流变和固结对其产生的影响,在理论分析的基础上,结合数值模拟方法,重点研究时间效应下基坑变形的特点以及发展规律,同时也对支撑轴力和围护结构内力进行了探讨,主要研究内容有: (1)回顾了我国基坑工程的发展历程,概括了什么是基坑工程时间效应,总结了土体流变和固结理论的国内外研究现状以及基坑工程时间效应的国内外研究现状。归纳了基坑工程的变形特点及机理,然后总结了软土蠕变特性及其影响因素,同时从孔隙水压力的角度分析了土体的固结,结合上述成果,从理论上分析了基坑变形的时间效应。 (2)分析了某软土地区基坑工程变形实测值,发现其时间效应表现明显。采用数值分析方法,对该基坑工程建立了考虑流变的数值模型,将实测值与计算值进行对比,发现这两者不论在变形趋势和数值上都较好的吻合,且都表现出时间效应。之后对基坑变形、支撑轴力以及围护桩桩身内力的计算值进行了分析,分析结果表明:土体流变会对基坑工程产生不利影响,使得变形及支护结构内力增大;基坑工程时间效应中,除了时间这一最重要的影响因素外,开挖深度、土体的物理性质等因素也与其关系紧密。 (3)在渗透性较小的粘性土层中,当存在透水性较好的含砂层时,固结对基坑的影响较明显。针对该软土地区的土层,建立了考虑固结的基坑工程模型,分别对基坑变形、支撑轴力以及围护桩桩身内力的计算值进行了分析。分析结果表明:相较于支护结构内力,基坑变形的时间效应表现显著;固结对于围护结构水平位移和地表沉降的影响都是有利的回弹,对于坑底隆起的影响较大,且是不利的影响;从孔隙水压力变化的角度来分析基坑的时间效应,表明孔隙水压力的变化是导致基坑工程时间效应的直接原因。 (4)在理论和数值分析的基础上,探讨了考虑流变的基坑工程变形控制措施。基坑开挖完成后及时浇筑底板可以很好的控制基坑的总变形,且对于整个基坑的安全非常重要。选取合适的施工速率可以减小基坑的变形,过快和过慢的速率对基坑都是不利的。施工间歇期,基坑的有、无支撑暴露时间也是施工过程中对基坑变形控制要考虑的一个因素。


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