内支撑式基坑支护体系的连续破坏机理及控制措施研究

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目前基坑传统的稳定分析方法多以相对简化的、基于基坑剖面的二维失稳破坏模式为基础,无法反映基坑支护结构局部失效后连续破坏在时间和空间上的发展过程。本文主要采用数值模拟,结合模型试验的方法,针对基坑内支撑体系的连续破坏导致的整体安全性问题,及防连续破坏措施进行了研究。主要内容如下:
  (1)建立单道撑排桩支护基坑试验模型,并通过数值模拟进行了验证。试验模拟了支撑发生局部初始破坏的过程,研究了破坏前后支撑轴力、桩身位移及桩后土压力的变化规律。进一步的数值分析指出,局部破坏导致紧邻的完整支撑轴力传递系数明显增大,并随着破坏范围的增加而持续增大,而非紧邻的完整支撑轴力变化相对较小,这种荷载传递的集中性导致连续破坏很易发生。
  (2)以新加坡地铁C824标段事故为基础,设计多道撑地下连续墙平面应变数值模型,结合工程钻孔点实测数据进行了验证。数值模型模拟了多种工况下支撑局部失效导致的沿竖向破坏过程,研究了不同位置处不同数量的支撑失效导致的荷载传递方向及规律。同样,局部破坏导致的沿基坑竖向的荷载传递在紧邻的完整支撑处最为明显。支撑轴力传递系数随着破坏支撑数增加而始终存在累积性,进而针对标准断面的初始设计方案提出了采用钢筋混凝土加强支撑以及高承载力钢支撑替换部分普通钢支撑的防连续破坏措施的原则及方法。
  (3)以新加坡地铁C824标段事故为基础,设计多道撑地下连续墙三维空间数值模型,验证了二维平面应变模型的传力单一及计算过于保守的局限性。分析引入了两种临近支撑受初始破坏影响的判断指标,分别考虑了支撑自身荷载变化百分比的局部相对量化指标以及考虑轴力变化量占总荷载增量百分比的全局绝对量化指标。据此,研究了初始破坏在水平及竖直方向的主要影响支撑范围为其四周紧邻的一组支撑,并验证了支撑相对刚度在荷载分配中的重要作用,相对刚度越大,荷载分配比例越高。通过考虑三维基坑的空间效应及工程经济性,提出了采取基坑支撑轴力监测结合不同重要等级部位按顺序架设临时支撑相结合的防连续破坏原则及方法,可以有效的将连续破坏控制在一定范围之内。
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