土岩双元深基坑破坏模式与设计方法研究

作     者：韩志霄 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李连祥

授予年度：2023年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：土岩双元深基坑 破坏模式 岩体结构面 空间效应 支护设计 

摘      要：随着城市地下空间更深层次的开发,基坑开挖深度大于基岩埋藏深度的土岩双元深基坑工程问题趋向于常态化。目前,国内外对于土岩双元深基坑工程的分析和设计要么沿用土质基坑的方法,要么选择岩质边坡的理论。根本在于此类基坑的破坏模式尚未明确,岩体结构未予理解和重视,导致土岩双元深基坑支护设计安全冗余度过大,浪费大量建筑材料。因此,论文适应高质量基坑工程发展的要求,以“基坑岩体结构科学利用为目标,采用理论分析、现场勘察和数值模拟的研究方法,研究土岩双元深基坑的破坏模式,并据此形成了土岩双元深基坑工程设计方法。主要成果如下:(1)提出了以下卧岩体稳定性区分土岩双元深基坑的新思路考虑土岩双元深基坑为开挖和支护体系影响深度范围内上部是土体、下部为岩体的基坑,提出以下卧岩体能否稳定为依据,将土岩双元深基坑分为:下卧岩体稳定的土岩双元深基坑和下卧岩体不能自稳的土岩双元深基坑。强调土岩双元深基坑的“关键在“岩,岩体稳定是此类基坑针对性设计的前提。(2)揭示了下卧岩体稳定的土岩双元深基坑四种破坏模式及其发展规律对于下卧岩体稳定的土岩双元深基坑,明确了破坏模式随上覆土层厚度的增大,逐渐从圆弧破坏向圆弧-平面破坏、切面破坏和滑切破坏过渡转变,得到了破坏模式随土层厚度变化的规律曲线并作为基坑破坏模式的判定标准,并推导了岩体切角稳定性的计算公式和基坑整体稳定性的解析解。(3)建立了土岩双元深基坑下卧岩体内倾结构面空间分析模型对于下卧岩体不能自稳的土岩双元深基坑,以内倾结构面在基坑侧壁不同深度位置,建立了位于侧壁、坑底、坑下3种结构面影响基坑稳定的分析模型,并考虑结构面相邻基坑侧壁的支撑作用,分析了结构面对土岩基坑整体稳定性的影响,初步发现:此类基坑的破坏模式不一定沿结构面发生整体滑移破坏,而与基坑内倾结构面类型、倾角、结构体大小和空间效应等综合因素有关,可能产生“圆弧-结构面、“圆弧-切角-结构面、“圆弧-岩体侧壁表层破坏三种破坏模式,且空间效应对基坑变形破坏有约束作用。(4)提出了土岩双元深基坑一般设计方法明确了土岩双元深基坑工程的设计流程,建议了岩体结构面精准勘察方法,提出了下卧岩体稳定判据。基于岩体稳定程度和基坑整体破坏模式,给出了上覆土层和岩体结构面针对性支护结构型式和构造措施,建立了土岩双元基坑工程支护设计方法,合理利用岩体结构能力,完善了基坑工程理论和技术。