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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果圆形基坑地下连续墙的稳定性分析摘 要 通过对连续墙不同入土深度时某地铁风井圆形基坑的设计方案进行离心模型试验,分析了基坑开挖引起的位移,得出了直径小于30m的圆形基坑入土系数的合理取值范围,并总结了圆形基坑位移的规律。关键词 圆形基坑,地下连续墙,入土系数,离心模型试验地铁要求保持空气流通以保护群众和保证系统的安全。风井是地铁的一个重要组成部分。地铁的风井结构既有矩形基坑,也有圆形基坑。目前,上海地区基坑工程
2、的设计均以长条形基坑为基础[1],把基坑当作一个平面应变问题来研究。为了保证基坑底部的稳定,其入土系数通常取为0.～1.0[],设计方法通常采用经验法、有限元和模型试验相结合。对于圆形基坑,其围护结构的受力比长条形基坑有利,具有明显的空间效应,但地下连续墙合理入土深度的选取还未见之于规范。根据上海迄今为止的工程实践表明,圆形基坑的入土系数可以在0.～0.之间变化,但尚缺乏成熟的计算方法。本文以某圆形基坑为例,通过离心模型试验对不同入土系数时圆形基坑开挖的稳定性进行研究。1 工程概况及试验方案某工程基坑为圆形结构,外径2m,基坑的开挖深度为3
3、m;采用地下连续墙作为围护结构,初步设计深度为5m,课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果厚1m,内衬厚0.m,圈梁截面尺寸1m×m。坑底下面有一承压水层,是地层编号分别为⑧、⑨1、⑨的粉性土、粉细砂和中粗砂,埋深56.0m以下,其水头高出含水层顶板(⑧层底面)46.m左右,水头较高,是坑底产生失稳的隐患。基坑剖面图如图1所示,土层物理
4、力学指标列于表1。图1 基坑剖面图表1 土层物理力学指标 为了选取合理的入土系数,按最不利情况进行考虑(即对承压水头不采取降水措施),设计了三组试验。试验1为连续墙深4m的开挖过程模拟;试验为连续墙深为5m的开挖过程模拟;试验为连续墙深5m的开挖过程模拟。在土工离心模型试验中,采用离心力来加大模型的应力量值,使之达到原型的水平,并采用与原型材料具有相同物理参数的材料制造模型。因此,离心模型试验中的应力应变关系及其它特性与原型完全等效,可以重现原型的特性。如果模型的几何尺寸为原型几何尺寸的1/N倍,采用与原型相同的材料进行试验,则只须在离心
5、机上将离心机加速度加到Ng,就能使模型与原型的重力完全相等,课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果保持力学特性的相似。 试验模型根据试验设计的目的和基坑的实际尺寸,并结合L—30土工离心机的工作条件,试验拟模拟1/基坑平面,试验的模型率为N=180。模型布置平面图如图所示。本次试验采用等效能比进行方案设计(即土体采用原型材料)。将原状土
6、体配制成土膏,经重塑后,在模型箱内分层固结,恢复土层的应力历史。将重塑后的土体(含水量80%左右)在离心机内分层由下至上进行固结,停机后分土层做微型十字板剪切试验,初步判断土体的强度,同时测量土样的含水量。为精确地模拟承压水水头,采用水位控制系统在离心试验中及时对水位进行监测,并及时补充水。水位控制系统如图所示。图 模型布置平面图考虑到模型制作中围护结构难以采用原型材料,根据相似理论,采用等效刚度法来设计围护结构,选用便于加工、物理特性近似的铝合金。 试验过程及结果分析课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出
7、结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果按试验方案共做了三组试验,每组试验开挖步骤相同,均分五步开挖。每次开挖模拟先将基坑开挖至模拟深度,接着加圈梁或内衬,然后将模型箱放入离心机吊斗,加速至180g,使模型处于与原型重力场相等的离心力场中,从而模拟了实际的开挖支护过程。试验过程中用数码相机对模型进行同步拍摄,试验结束后对数码相片进行分析,确定基坑坑底、地表及连续墙的位移。限于篇幅,每组试验只选取了最后一步开挖
8、(开挖深度3m)的基坑位移曲线。基坑位移曲线如图4～图所示,试验结果对比列于表。图 水位控制系统图 试验1,开挖深度3m时基坑位移图 试验,开挖深度3m时基坑位移围护结构在基坑开
