天津地区地铁深基坑施工安全控制标准研究(2)

construction procedure

天津地区地铁深基坑施工安全控制标准研究

1514 岩 土 力 学 2007年

由图可见，地连墙的侧向变形随基坑开挖深度的增大而增加，在基坑底部达到了最大值。墙顶的侧向位移出现正值，表明向坑外移动。分析原因，是由于支撑预应力过大所致。

（5）墙外水压力观测数据

（主动侧）从墙顶下3～25 mQ13断面地连墙后

每隔2 m布设了水压力传感器，监测了各个施工阶段水压力的变化情况（图7）。为了减少基坑抽水对周围建筑的影响，施工中严格控制了抽水的力度。从图可知，除工况4外的各个施工阶段，坑外地下水位较平稳，没有出现明显下降。工况4的水位有明显地下降是因为在底板施工过程中为了防止地面隆起人为地加大降水力度。

当=σntan i+ci接触面进入塑性阶段 （2） 式中：ci， i为第i层接触面的黏聚力和摩擦角。

这两个指标与每个土层的力学指标相联系，在程序中通过输入系数Rinter来进行计算。方法如下：

ci=Rintercsoil （3） tan i=Rintertan soil （4）

分析中选择Q13断面进行计算（参见图2），简化为平面应变问题。根据基坑的实际尺寸建立有限元分析模型，采用平面三角形15节点单元划分网格，两侧边界施加水平向约束，底部边界施加固定约束，考虑到模型的对称性，只绘制了图形的右半

h/ m

3 有限元模型选取及计算参数确定

以实测数据为基础，确定数值模拟的方法和计算参数是准确模拟基坑施工过程和最终确定基坑变形控制标准的关键。 3.1 有限元分析模型

采用弹塑性有限元软件PLAXIS对基坑开挖的过程进行模拟，其中土体单元的本构关系选用莫尔－库仑模型，模型包含如下计算参数：杨氏模量E，泊松比υ，黏聚力c，内摩擦角φ。将4道支撑简化为集中力，作用在地连墙上，地连墙的本构关系采用线弹性模型[4]。

为了考虑桩土接触面上的相对位移和应力之间的非线性关系，在弹塑性有限元分析中采用了接触面单元来模拟结构物与土间的摩擦特性。具体方法是：

当<σntan i+ci接触面处于弹性阶段 （1）

Fig.8 FEM model

3.2 根据实测数据确定计算参数

为了使有限元分析与实测结果能够较好地吻合，根据实测的支撑轴力和地连墙侧向位移，反复试算对土体的物理力学指标和地连墙刚度进行调整，经调整后的计算参数见表2，3。 3.3 计算结果与实测数据对比分析

为了便于将计算结果与实测值进行比较，按不同工况绘制地连墙侧向变形（y）随深度（h）的关系曲线（见图9）。

表2 地连墙的计算参数

Table 2 Retaining structure properties in calculation

轴向刚度EA/ kN·m

-1

抗弯刚度EI / kN·m

2

厚度d / m

重度W / kN·m

8

-1

泊松比

·m

-1

υ 0.15

1.22×108 6.5×106 0.8

天津地区地铁深基坑施工安全控制标准研究

第7期 刘 润等：天津地区地铁深基坑施工安全控制标准研究 1515

表3 计算中土的物理力学性质指标

Table 3 Soil properties in calculation

天然

土层

杨氏

重度 模量E / kN·m-3/ MPa

泊松比 黏聚力

内摩 擦角

渗透 系数kx

接触面系数Rinter

υ c/ kPa

/ (°) /m·d-1

杂填土 17 8.0 0.34 20 5 0.1 0.56黏土 17.5 8.5 0.33 28 19 0.12 0.61粉土 17.2 9.0 0.32 19 18 0.13 0.62粉质黏土 17.16 10.0 0.33 粉质黏土 18.96 30.0 0.30

20 27

15 10

0.1 0.1

0.640.7

粉砂 18.35 20.0 0.31 23 25 0.14 0.66细砂 18.3 80.0 0.30 5 30 0.1 0.7

(c) 工况3

从图9可以看出，除第3工况墙体变形与实测数据有一定差距外，其余工况计算值与实测值吻合较好，最大值误差小于10 %。观察实测数据可知，第2工况和第3工况位移较接近，这是由于施工过程中，第3工况和第4工况时间间隔很短，第3层土开挖后，土体变形来不及发展，就开始了第4工况的施工。而有限元无法模拟这一无间断的施工过程，土体开挖后，地连墙的侧向位移就会有所增大。

(a) 工况1

(d) 工况4

图9 各工况地连墙实测位移值和计算值的比较

Fig.9 Comparison of measured and computed displacement of continuous wall for different construction procedure

4 影响基坑稳定性的主要因素研究

在实际工程中不可能进行全比尺的基坑破坏试验，因此，采用可靠的有限元分析方法，运用适当

的计算模型和计算参数，较真实地模拟基坑的破坏过程，寻找基坑发生失稳破坏的临界点，成为确定基坑施工中安全控制标准的主要方法。在确定了以上分析模型和计算参数的基础上，对影响基坑整体稳定的3方面因素：支护结构刚度、支护结构长度以及支撑轴力的大小进行了的系统分析[54.1 支护结构刚度的影响

－8]

(b) 工况2

。

保持地连墙长度和支撑轴力不变，逐渐减小地连墙的刚度，当刚度减小为850 kN·m2/m时，墙后土体发生滑动破坏。将有限元分析得到的对应于不同地连墙刚度（kw）的墙体侧向变形值（y）绘成曲线见图10。

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1516 岩 土 力 学 2007年

400 300 200 y / mm

从图11可以看出，墙长24 m是一个转折点，

当地连墙长度从32 m变化到24 m时，地连墙最大侧向位移量变化较小，当地连墙长度继续减小时，位移显著增大，地连墙长24 m对应的最大侧向位移是28.61 mm，墙后地表土体最大沉降为20.44 mm。地连墙最大位移占坑深的百分比0.18 %，墙后地表

100 0

0 20 000 40 000 60 000

80 000

kw / kN·m2·m-1

土体最大沉降与坑深的比例为0.13 %。计算中发现，即使地连墙长度减少到与基坑深度一样，由于支撑的存在，基坑没有发生整体稳定破坏。

为了观察支护结构长度和支撑轴力大小同时改变对基坑整体稳定性的影响，图11中给出了最大支撑轴力分别为820 kN，615 kN和307 kN时墙体侧向变形与墙长的关系曲线，由图可知随支撑轴力的减小墙的侧向变形明显增大。 4.3 支撑轴力的影响

保持地连墙长度和刚度不变，减小支撑轴力，当第2道撑的最大支撑轴力减小到102.5 kN时，墙后土体中出现贯通的滑动面，发生滑动破坏。墙侧向位移（y）随轴力（N）的变化关系曲线如图12所示。

图10 墙最大侧向位移随墙刚度的变化 Fig. 10 Lateral displacement vs. rigidity of

continuous wall

计算结果表明，当地连墙刚度减小为6 500 kN·

m/m时，墙侧向位移开始急剧增加。“y-kw”曲线出现转折点，此时墙的侧向位移是99.8 mm，估算地表最大沉降

[9]

2

70.9 mm。地基中应力水平和位

移等值线表明，地连墙刚度降低后，墙后和坑底相当一部分土体的 …… 此处隐藏：3036字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……