临江深基坑围护结构土压力分布及施工力学特性研究

作     者：何亚军 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：关振长

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：临江深基坑 主动土压力 极上限分析 极限平衡法 施工力学特性 

摘      要：随着我国城市地下工程的迅猛发展,沿江临河修建的地铁车站或高层建筑深基坑愈发增多。沿江临河修建的深基坑中,临水岸坡与基坑围护结构构成了有限宽度土体,其土压力计算方法与常规模式有较大不同。基于极上限分析法,运用改进多线段滑裂面生成技术,推导得到临江深基坑围护结构主动土压力的上限解,同时基于极限平衡法推导得到考虑土拱效应的临江深基坑围护结构主动土压力、土压力合力及其合力作用点的理论公式,并将其应用于福州地铁5号线农林大学站基坑工程。进一步地,对农林大学站基坑开挖过程进行三维数值模拟,并与实际监测进行对比,探讨临江深基坑施工力学特性。主要研究内容与结论如下: 1.在FLAC3D数值平台上,对农林大学站基坑施工过程展开三维数值模拟,随基坑开挖深度不断增加,地表沉降由“漏斗形转变为“凹槽型;围护结构水平位移曲线沿深度方向呈弓形分布;各道支撑轴力不断增大,第3道支撑轴力显著大于其他各道支撑轴力。进一步地,支撑刚度折减的二维数值模拟结果表明:滑裂面以多线段形式从墙趾开始向两侧延伸,极限状态下临江侧围护结构的主动土压力合力为1769.6k N,合力作用点在1/3墙高附近。现场监测结果与数值模拟结果变化规律一致,实测值略大于模拟值,侧面验证了数值模拟的合理性。 2.基于极上限分析法,运用改进多线段滑裂面生成技术,推导临江深基坑围护结构主动土压力的上限解。均质土体条件下,与传统的直线或对数螺线破坏模式计算结果对比,三者差异较小。参数敏感性分析结果表明:随宽高比增大,主动土压力逐渐增大,滑裂面由相交于坡面过渡到坡顶面,墙后土体由有限宽度土体转变为半无限土体;主动土压力随内摩擦角增大而线性减小;随坡顶超载、水位深度、坡角和基坑开挖深度增加而增加。将上述方法应用于农林大学站基坑围护结构土压力计算中,求得主动土压力合力为1826.5k N。 3.基于极限平衡法推导了考虑土拱效应的临江深基坑围护结构主动土压力、土压力合力及其作用点的理论公式,与传统土压力理论、极上限分析法计算结果对比,三者差异较小。算例分析结果表明:土压力沿深度方向呈先增大后减小凸向基坑围护结构的“钟型分布;土压力合力与摩擦角和黏聚力呈负相关,与宽高比、基坑开挖深度和水位高度呈正相关;合力作用点与宽高比、摩擦角及黏聚力呈正相关,与基坑开挖深度和坡顶面距水位面高差呈负相关。将上述方法应用于农林大学站基坑围护结构土压力计算中,求得主动土压力合力为1698.2k N,合力作用点在1/3墙高附近,其土压力分布与二维数值模拟土压力分布较为吻合。