【摘 要】
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地下连续墙是一种基坑围护结构,具有墙体刚度大、整体性好、施工速度快、在城市密集区或复杂地质条件下均可施工等优点,并且具有良好的防水、截水、防渗、承重等作用,通常作
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地下连续墙是一种基坑围护结构,具有墙体刚度大、整体性好、施工速度快、在城市密集区或复杂地质条件下均可施工等优点,并且具有良好的防水、截水、防渗、承重等作用,通常作为地铁车站基坑围护的首选方案。但是,由于基坑超挖、支撑系统薄弱、施工失误引起的支撑失效等工程事故,会导致地连墙发生变形、开裂、甚至倒塌,严重情况会导致人员伤亡和直接经济损失。已有的研究,大多着眼于土体的变形规律以及土-墙相互作用的推导,对钢筋混凝土地下连续墙体变形与破坏规律的研究不足。所以,分析基坑开挖过程中造成地下连续墙墙体损伤或破坏因素的相关关系,确保地下连续墙体及基坑自身安全起到指导作用。为此,论文依据杭州浙大国际学院地铁车站基坑监测数据,分析围护结构变形与侧移、支撑轴力、坑外地表沉降等变化规律来判断这些因素对工程施工的影响。并且,在实际工程中,地下连续墙为钢筋混凝土结构,可依据混凝土塑性损伤本构模型给出地下连续墙墙体在变形过程中的损伤演化规律,预测墙体混凝土开裂位置,量化墙体裂缝的宽度,对实际工程安全起到指导作用。论文研究的主要内容和创新成果如下:(1)依据基坑工程的勘察报告、设计资料和监测报告,对地下连续墙的墙体变形、支撑轴力及临近基坑地表沉降监测数据进行统计分析,结果表明:墙体位移随基坑开挖深度的增加而增加且呈现向坑内侧移的抛物线变形形式,墙体最大水平位移为基坑开挖深度的0.09%-0.14%;支撑轴力随着开挖深度的增加而增加,并且混凝土支撑轴力比钢支撑轴力大;地表沉降在6.5-11mm之间并表现为下凹式变形,且为开挖深度的0.01%-0.015%。(2)结合工程资料,运用ABAQUS有限元软件建立三维基坑有限元模型,模拟结果符合实际工程监测结果,验证数值模型的正确性和可行性,并为进一步分析支撑位置变化、基坑超挖、支撑失效对地下连续墙的影响提供依据。结合模型进一步分析了第二道支撑位置变化、基坑超挖、土层参数三种因素对墙体侧移和地表沉降的影响,结果表明:墙体最大水平位移随着第二道支撑位置的下移呈现先减小后增大的二次变化关系;墙体最大水平位移、第一道支撑轴力、地表沉降随着基坑超挖深度的增加而增加;土参数影响因素中,土的弹性模量的减小会明显增大墙体变形和地表沉降,增大泊松比会使墙体变形和地表沉降加大,粘聚力的增大会明显减小墙体变形与地表沉降,土的内摩擦角对墙体变形与地表沉降变化的影响较小,墙体变形与地表沉降随着内摩擦角的增大而减小。(3)由于地下连续墙支撑失效往往造成基坑严重破坏甚至倒塌,因而目前可用的实测数据较少,大多是简化的缩尺试验研究。可以利用数值分析的优势,重点分析地下连续墙支撑失效情况,结果表明:第一道支撑失效墙体呈现悬臂式变形且墙体发生整体性向坑内倾覆,墙体水平位移超出正常值的781%。并且,基于地下连续墙支撑失效情况,分析地下连续墙损伤演化规律并量化裂缝宽度。结果表明:第一道支撑失效时,墙体损伤位置与设置第三道支撑位置相吻合,墙体损伤值为0.7,墙体等效裂缝宽度为0.71mm;第二道支撑失效时,墙体损伤位置与设置第二道支撑位置相吻合,墙体损伤值为0.76,等效裂缝宽度为6.80mm,且为贯通裂缝;第三道支撑或第四道支撑失效时,墙体损伤位置与设置第一道支撑位置相吻合,墙体损伤值为0.29,墙体等效裂缝宽度分别为0.14mm与0.15mm。综上所述:第一道支撑或第二道支撑失效相比第三道支撑或第四道支撑失效时墙体损伤值大,且量化的等效裂缝宽度超过结构构件的正常使用范围。
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