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近年来,由于基坑工程复杂多变,位于季节性冻土区的基坑可能会因为施工时间过长而出现越冬的情况。然而,基坑支护一般为临时性工程,在设计中往往忽略冻胀的影响,因此事故频发。在冻胀影响中水平冻胀力的作用最为明显,但关于越冬基坑水平冻胀特性的研究成果较少。论文通过对位于北京昌平区的试验基坑开展现场监测试验,研究了越冬基坑冻结过程中土体的水分水平迁移规律和冻胀特性,并结合支护结构内力监测结果分析了基坑变形的变化特征;同时通过Comsol Multiphysics有限元软件建立越冬基坑水-热-力耦合模型,并通过数值模型分析了不同措施抑制水平冻胀力的效果,提出了有效的抑制水平冻胀力措施。通过上述研究,得到如下重要结论:(1)在越冬期,基坑土体发生冻胀时,由于温度梯度的作用引起土壤水势变化而导致土壤内部水分迁移,土体中水分从未冻结区迁移至冻结区,同时远离基坑坑壁土体中的水分向基坑坑壁方向迁移,基坑土体冻结是竖向水分迁移和侧向水分迁移的共同作用。(2)土体侧向水分迁移引起的水平冻胀作用引起了桩顶水平位移和护坡桩水平位移的变化,最终在冠梁顶部形成裂缝;与未产生冻胀作用时相比,三个研究区域在冻结期间最大桩顶水平位移分别增大了14.6倍、15.6倍和10.7倍,桩体最大水平位移分别增大了7.2倍、8.6倍和6倍。(3)越冬期间,锚杆拉力明显增大,与初始拉力相比,三个研究区域锚杆拉力分别增大了1.4倍、0.786倍和0.259倍,这将影响基坑支护结构的稳定。(4)与不补水条件工况相比,补水条件工况在水平方向的变形更大,应考虑设计合理的排水措施来减小土体的水平冻胀;刚度条件是越冬基坑桩顶水平位移的重要影响因素,刚度越大的桩锚支护结构对基坑的约束作用更大,能有效减小基坑的水平冻胀变形。(5)桩锚支护段锚杆拉力远大于土钉墙支护段土钉拉力,即土钉墙支护段土钉对基坑土体的约束作用小于桩锚支护段锚杆的约束作用,其中位于地坪以下3m处的第一道土钉所受的拉力更大。(6)当越冬基坑顶部铺设厚度为4cm的草帘、EPS保温板和XPS保温板时,最大水平冻胀力分别为93k Pa、65.6k Pa、61k Pa;对比分析发现草帘的保温效果较弱,铺设保温层可以有效削弱水平冻胀力对基坑支护结构的作用。(7)当越冬基坑顶部铺设厚度为2cm、4cm和6cm的同种保温材料时,发现冻结深度、桩体水平位移和水平冻胀力均会随着保温层材料厚度增加而减小;当铺设厚度为2cm、4cm和6cm的聚苯乙烯保温板时,最大水平冻胀力较未设置保温层措施时分别减少55.6%、76.4%、85.3%。(8)当越冬基坑顶部换填深度为0.5m和1.0m的砂土和深度为0.5m和1.0m的砂砾土时,最大水平冻胀力分别为226k Pa、127k Pa、186k Pa、108k Pa;最大水平冻胀力较未设置防冻胀措施时分别减少约17.8%、53.8%、32.4%、60.7%;其中换填深度为1.0m的砂砾土时效果最好。(9)相较铺设保温层措施和表层换填两种措施而言,在越冬基坑表层铺设保温层的防冻胀效果更加明显有效,且在实际工程中更加经济实用和便于操作,因此推荐在实际工程中使用。