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地下空间的开发与综合利用是21世纪城市建设的主题,建筑基坑、地铁隧道等地下工程的设计与施工新理论新技术的研究已成为当今岩土工程界的热点和难点。基坑支护结构的强度计算和土体整体稳定验算以及变形量计算是根据土压力的值进行的,考虑到基坑工程的安全和经济要求,正确计算基坑中侧向土压力的大小和分布是合理设计基坑工程的前提,更是基坑支护结构安全和建设进程顺利进行的保证。
现阶段土压力的研究主要还是对传统的土压力计算理论和公式进行了改进或经验修正,仍然是一个静态的思想,只注重最后土压力确定而对在施工过程中土压力动态变化的规律认识不足,因此本文通过查阅国内外大量资料,分析了经典土压力理论应用于深基坑支护的局限性,总结基坑土压力研究现状,并指出现阶段研究中存在的问题。通过对深圳市天利中央商务广场(二期)基坑支护工程进行现场足尺墙原位试验测试,详细分析了实测桩体水平位移和土压力随深度、开挖时间的变化以及土压力随深度、开挖时间与桩体水平位移的关系。
本文在前人的研究基础上,结合现场试验土压力随施工过程变化的认识,用双曲线模拟土压力与位移的关系,建立了考虑位移的土压力模型。考虑位移土压力计算模型,结合初变位的影响,对弹性地基梁法进行了改进。
实际上土和支护结构是一个相互作用的过程,作用于支护结构的土压力变化,导致结构产生变形,结构的变形又影响着土压力的变化,经过土与支护结构的变形协调,最终达到平衡状态。基于这种认识,应用改进的弹性地基梁法,引入变形协调迭代过程,提出了考虑施工过程的基坑土压力计算方法。这种方法应用了假设土压力随位移近似双曲线的竖向非线性弹性地基梁法。计算时,考虑支护结构的土压力随位移非线性关系,通过满足位移协调条件和静力平衡条件,考虑它们之间的共同作用。通过反复迭代,使其满足位移协调条件和静力平衡条件,能把支承系统、挡土墙和墙后土体三者作为一个整体进行分析,从而得到考虑施工过程的土压力变化。最后,运用平面杆系有限元求解本文提出的考虑施工过程的基坑土压力。对工程实例进行了计算分析,计算结果验证了本文提出的考虑施工过程的土压力计算方法的合理性和实用性。