随着地下空间的开发和利用,地下结构的浮力问题越来越突出。大量工程实践表明,按照阿基米德原理计算的地下结构浮力有所高估。因此目前地下结构浮力计算方法是对阿基米德公式进行折减,进而折减系数如何科学合理取值成为有待解决的问题,这不仅关系到结构的安全性,而且影响着工程工期、造价及设计方案等。在此背景下,本文采取将理论分析、室内试验和数值模拟三者相结合的方法,对地下结构浮力折减系数取值方法展开了系统的研究,为地下结构浮力计算提供参考。本文主要内容及研究成果如下:(1)理论分析方面:从微观及宏观层次介绍了地下结构浮力作用机理;讨论了不同地层中地下结构浮力,分析了折减系数η与地基土结构状态参数(孔隙率n、渗透系数k、干密度ρ_d)间的关联性,为模型试验和数值模拟提供理论依据。(2)室内试验方面:提出了一套渗流路径完整的浮力测量系统,该系统可消除侧壁摩阻力及基底负压力、并可准确判断模型箱起浮瞬间。利用该系统准确判定了饱和碎石、红砂岩、粉质粘土中的模型箱浮起瞬间,得到了模型箱在这三种地基中受到的实际浮力,并最终得出其浮力折减系数分别为0.988、0.470、0.744。试验中,饱和碎石的浮力试验为参照试验,得到了该系统误差为1.2%,在误差允许范围内,验证了该系统设计的可靠性;红砂岩、粉质粘土地基结构状态参数在浮力试验前已测得。(3)数值模拟方面:基于流固耦合理论建立了有限元模型,对红砂岩、粉质粘土的模型试验进行了有限元分析,分析得到的浮力折减系数分别为0.465、0.754,模拟值与试验值相比较吻合,验证了有限元模型的合理性。在此基础上,针对红砂岩和粉质粘土分别制作了三种结构状态参数不同的地基样品并对其进行有限元分析,分析得到红砂岩地基的浮力折减系数分别为0.499、0.451、0.417,粉质粘土分别为0.816、0.742、0.705。对比分析红砂岩和粉质粘土地基的不同结构状态下得到的折减系数,结果表明:二者浮力折减系数均表现为随孔隙率和渗透系数增大而增大,随干密度增大而减小的变化规律。(4)浮力折减系数取值方面:运用线性回归方法,以同种土的干密度、孔隙率、渗透系数作为自变量,折减系数为因变量,分别建立了红砂岩和粉质粘土折减系数的三元线性回归方程。在此基础上,对方程中自变量进行了共线性诊断,剔除了自变量中干密度与孔隙率,最终得出红砂岩和粉质粘土折减系数方程只与渗透系数有关。两方程拟合优度R~2均大于0.71,结果可为今后地下结构的浮力折减系数取值提供参考。