考虑侧壁摩擦的埋置结构扰动沉降计算方法研究

作     者：曹洋 丁笑寒 陶静 李国政 姚凯捷 

作者机构：福州大学土木工程学院 

出 版 物：《应用基础与工程科学学报》 (Journal of Basic Science and Engineering)

年 卷 期：2024年第32卷第5期

页      面：1463-1473页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0814[工学-土木工程] 0823[工学-交通运输工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51608127) 福建省自然科学基金项目(2017J05078) 

主　　题：埋置结构 扰动变位 侧壁摩擦 Clough-Duncan双曲线模型 盾构下穿 计算方法 

摘      要：大体积地下埋置结构除承受下部地基支撑外，侧壁与土体的大面积接触将产生显著的摩擦效应，由此导致的结构附加变位有待重点关注.以外部施工扰动引起的地层及其内部既有结构物沉降为研究目标，在考虑埋置结构伴随下部地层出现下沉的基础上，观察侧壁摩擦对结构沉降的影响，从而得到更为精确的大体积结构物竖向扰动变位计算结果.借助盾构隧道下穿地下行车通道开挖这一典型工程案例，首先基于Pasternak地基模型并结合两阶段分析方法，建立通道结构在开挖扰动作用下的力学平衡方程，进而在结构侧壁与土体间引入Clough-Duncan双曲线模型，进一步建立在结构-地层竖向摩擦作用下的荷载平衡公式，描述摩擦力对行车通道沉降的附加效果，并利用有限差分方法对方程进行循环迭代求解，最后通过实际工程案例验证该计算方法的适用性.结果表明，盾构隧道下穿开挖扰动带来埋置结构与两侧地层不同程度的沉降变形，由此形成的行车通道与侧面土体沉降差在结构侧壁产生显著的剪切应力，通道侧壁与土体较大的接触面积使地层沉降带动结构物继续下沉，软弱土地层中摩擦力对应的计算结果增量高达30%以上.因此，对于大体积地下埋置结构而言，由侧壁摩擦导致的结构竖向附加变位不可忽略.