深大岩质基坑卸荷变形响应特征及安全评价研究

作     者：南博文 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张拥军

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：岩质基坑 变形规律 开挖影响分区 安全评价 

摘      要：城市地铁车站基坑工程的施工步骤繁杂,且往往与建(构)筑物相邻,需要通过综合分析多方面监测数据,来避免周边环境的非单一性带来的风险。在基坑施工过程中,不仅要关注其整体变化,更要重视周边区域的受影响范围。青岛地区属“上软下硬的岩质复合型地层,基坑施工进程中变形特征难以探寻,使得施工难度加大。因此,对该类岩质地层基坑施工中的变形规律进行分析,并建立与之相适应的安全评价体系,是基坑工程防灾减灾的重要研究课题。本文以青岛鞍山路地铁车站基坑为研究对象,该基坑局部最大开挖深度超过40m,施工环境复杂。本文针对鞍山路站基坑项目施工的复杂性,对基坑开挖变形机理进行概述,整理并分析基坑长期监测数据,利用MIDAS GTS NX数值模拟软件,研究岩质基坑变形特征,以及不同因素对基坑变形的影响。在此基础上,综合应用现场监测数据,基于熵权法构建岩质基坑施工过程中的安全综合评价体系。本文主要研究内容及结论如下:(1)通过对基坑典型单元监测数据的整理和分析,可以得出:围护结构水平位移在基坑开挖前期呈“悬臂式分布,开挖结束时,位移曲线分布为“组合型,最大值位于0.5倍的基坑开挖深度处;开挖6m范围内周边地表沉降呈“三角形分布,基坑向下开挖,曲线分布特征趋于“凹槽形,开挖结束时,最大地表沉降处距离基坑开挖面大约0.5倍开挖深度,开挖主要影响区域距开挖面0～30m。(2)运用MIDAS GTS NX近似模拟基坑开挖过程,分析基坑卸荷过程中的位移变形特征。将基坑施工进程中的围护结构水平位移和周边地表竖向位移进行曲线拟合,得出两者呈线性关系。依据现场监测数据及模拟结果对基坑传统地面沉降经验公式进行修正,使之更好地应用于岩质基坑地表沉降变形估算,依据估算公式以及模拟结果划分出三个岩质基坑变形影响区域。(3)分别探讨了围护结构不同嵌入深度、不同锚索预应力锁定值、不同围护桩刚度和不同开挖步施工速度对基坑变形的影响,通过围护结构的变形和周边地表的竖向变化直观反映各因素的影响效果。分析发现四种影响因素均对基坑上部围护结构变形产生较大影响,对深度20m以下的底部结构变形影响较小。其中,锚索预应力锁定值和施工步开挖深度对基坑变形的影响较为显著。(4)基于现场监测数据,建立基坑施工安全评级体系,划分了基坑本体及周边环境变化风险等级,综合多种基坑施工安全评价因素,建立基于熵权法的岩质基坑安全评价体系,并借助现场监测数据对基坑风险等级进行定量评估。