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随着我国改革开放的进一步发展,城市地下空间的开发利用已经成为各大型城市的热点,而这些地下空间开发有很多是与基坑开挖相联系的。在拥挤的城市里,由于受到周围环境的限制,必须防止基坑开挖过程可能引起周围建筑的变形。所以,基坑开挖设计已逐步由强度控制转变为变形控制。目前基坑变形的计算虽然在全国不同地区、不同的地质条件下取得了不少成功的经验,但是仍存在一些问题需进一步研究或提高。深基坑支护设计中常常存在土的参数难以准确确定、支护结构的土压力不甚明了、弹簧模型选择不当等问题。本人在借鉴前人研究结果的基础上,完成的工作主要包括:
(1)查阅了大量有关基坑支护变形计算、土压力理论等中外文文献,对基坑工程的特点、以及设计理论进行了概述,并指出传统设计方法中存在的问题。在传统土压力计算方法的基础上,引进残余应力对土压力分布进行改进。通过算例的分析发现,新土压力比传统土压力的支护结构计算位移小,说明考虑残余应力对基坑变形有显著影响。
(2)介绍集中力弹簧模型的计算原理,查找文献资料,了解关于集中力弹簧模型各参数的计算,总结出能根据地质报告和工程概况,计算集中力弹簧模型各参数的方法。
(3)在基坑支护结构的设计方面,目前采用的计算方法都还没有考虑到弹簧间相互作用的影响。本文用圣维南原理分别基于Boussinesq解和Mindlin解推导出弹簧间的相互作用的简化公式,证明简化公式计算值的精度能满足工程需要,并应用到集中力弹簧模型中,解决了陆培炎计算模型支护结构单元宽度b不能任意选择的问题。分析Boussinesq解考虑弹簧相互影响和Mindlin解考虑弹簧相互影响的区别,并对计算结果进行比较,说明了土弹簧的计算埋深对位移计算基本没有影响。
(4)在基坑支护结构的设计中,目前国家规范(JGJ120-99)采用的计算方法没有考虑实际施工过程对支护结构的影响,所得到结果与支护结构的实际内力相差较大。本文采用与实际施工过程相似的增量法,对支护结构计算进行分析。探讨考虑弹簧相互影响的增量法计算过程。
(5)通过三个典型的工程实例,分别按本文的方法(考虑残余应力与土弹簧相互影响)和陆培炎的集中力弹簧模型、不考虑残余应力的方法进行增量法计算,证明了本文计算方法能比较好的拟合实际工程。