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随着我国社会的发展,高层建筑物越来越多,深基坑工程也越来越多。我国的基坑支护设计是近30年才迅速发展起来的,经历了一个“边实践、边总结、边提高”的过程,尽管积累了许多成功的经验,但目前还是有许多的设计理论和方法,值得进一步的探讨摸索和改进。
基坑土压力是基坑支护设计最重要的影响因素之一。传统基坑支护设计中所采用的土压力计算模式,由于它有许多假设条件,加上基坑开挖施工、及其它不确定因素的影响,常常使得计算的土压力与实际值产生误差。此外,由于基坑土体成份、组成、结构的复杂性,以及基坑开挖过程对基坑土体变形的影响等因素,使得基坑土体的变形也较难准确地预估。
针对基坑支护设计中的土压力和变形计算中的几个问题,结合工程算例,经过分析研究,得到以下主要成果:
1.在分析基坑支护设计中的土体土压力和变形的计算发展现状基础上,指出了目前基坑工程实践中存在的一些问题;
2.采用非饱和土力学理论计算基坑土压力时,基质吸力对基坑支护的影响较大:基质吸力沿深度不变时,当基质吸力从0增加到60kPa,张拉裂缝深度,增加了近3倍:主动土压力值,减少了约40%;最大弯矩值,减少了60%。基质吸力沿深度一直到地下水位处成为零时,当基质吸力从0增加到60kPa,张拉裂缝深度,增加了近2.4倍;主动土压力值,减少了约22%:最大弯矩值,减少了58%:
3.以挡土墙后滑裂体为梯形楔体基础,利用空间理论对土压力进行研究分析,推导了墙后为无粘性土和粘性土时的土压力计算公式。并且得出当墙后为无粘性土时,挡土墙的长、高比趋向无穷大时,即B/H趋向无穷大时,此时滑裂体即为一三角形楔体,与库仑理论的滑裂体形状相同;
4.通过算例,利用本文提出的空间土压力计算公式和朗肯理论分别进行计算,对比分析得到,按空间问题求得的土压力值,更符合实际情况,且小于按平面问题计算所得的值,对工程实践具有一定的参考价值:
5.采用弹塑性有限元法模拟基坑开挖过程,重点模拟和分析了基坑开挖对基坑土体变形的影响过程:随着基坑开挖深度的增加,桩项水平位移越来越大,桩体水平位移大至呈三角形分布;
6.以广州科贸园B3地块深基坑工程为例,基于ANSYS平台采用有限元方法进行模拟分析,随着开挖的结束,基坑水平位移逐渐稳定,桩顶水平位移计算最大值为42.6mm,实测值为35.5mm,计算值与实测值的误差不超过20%。结果与实际情况比较吻合,可以用来作为深基坑支护设计和施工的参考。