冲积平原大型深基坑变形特征与稳定性控制研究

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本文在对济南市冲积平原地区地层物理力学性质和地质区域进行了系统的分类和总结。在此基础上,对该特殊地层采用桩锚支护结构的深基坑工程因开挖和降水引起的变形特征,以及相对应的变形控制优化设计方法进行了系统的研究,围绕这一研究重点,本文取得了以下研究成果:  (1)系统总结了济南市基坑工程地质条件,对济南市的地理位置、气候、气象水文、地形地貌等对工程建设有着重要影响的因素进行了阐述,分析了济南市附近区域的岩土体结构类型、物理力学性质,以及工程建设中存在的不良地质问题,如湿陷性黄土、软土、滑坡、泥石流等。并在已有成果的基础上,对工程建设场地进行了分区,对后期基坑工程设计与施工起到了指导性作用。  (2)利用最优化理论中正交试验方法对深基坑工程变形控制指标影响因素的敏感性进了分析。得到了5个影响因素对不同变形指标的影响规律,并对这5个影响因素对不同控制指标的影响程度进行了排序,由此可以为不同变形控制要求的基坑提供加固设计理论依据。同时又利用这5个影响因素建立了基坑开挖引起的周围地表最大沉降变形的二次回归计算公式。  (3)对济南市冲积平原特殊地层深基坑工程开挖变形机理与变形规律进行研究。论文对深基坑工程开挖变形机理进行分析,研究了支护桩插入比、刚度以及预应力锚索锚固力对基坑开挖变形的影响。系统总结了基坑开挖变形的计算方法,并对基坑开挖引起的地表不均匀沉降对建筑物结构的影响进行了具体分析,得到了距离基坑开挖边界不同距离的建筑物结构内力和变形特征。论文结合具体基坑工程实例,利用数值模拟方法结合基坑变形监测结果对该工程实例基坑开挖变形特征进行分析,并利用模拟结果与实测结果对变形经验公式进行验证,得到比较理想的效果。  (4)对济南市冲击平原地区深基坑工程开挖降水对基坑变形的影响进行了分析。论文对常用的3种降水模型系统总结,并对基坑开挖降水地下渗流场的4种流网模式的特征进行了分析,指出深基坑在条件允许的情况下应当优先采用止水帷幕的降水模式来保证基坑的安全与稳定。利用有效应力原理分析了不同土层、含水层的降水以及渗流力对土压力的影响,并采用地基沉降计算中的分层总和法计算基坑开挖降水引起的地层沉降量,结果表明,采用总应力变化叠加渗流力这一计算模式得到的结果更能反映工程实际。结合工程实例,利用数值模拟方法研究止水帷幕的设置与否以及止水帷幕距离基坑边界的距离对基坑地表沉降的影响。结果表明,采用在距离开挖边界一定距离处设置止水帷幕并采用分步降水开挖支护的施工方式更有利于基坑变形控制。  (5)评价了基坑工程变形控制标准的制定方法,提出了适用于桩锚支护结构变形控制的优化设计方法。论文对深基坑工程变形控制标准的制定方法进行了总结,并结合具体的工程实例实测变形对基坑变形控制标准进行了分析和评价。最后,在给定变形控制标准的情况下,提出适用于桩锚支护形式的深基坑工程变形控制的优化设计方法,并利用工程实例进行了具体分析。
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