坑外荷载对软土地区基坑开挖变形性状的影响

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1、坑外荷载对软土地区基坑开挖变形性状的影响　　摘要：针对基坑开挖时坑外通常存在着建筑材料、车辆和其他荷载的情况，基于Biot三维固结理论开发了可以考虑流固耦合的三维基坑有限元程序，分别研究了坑外荷载大小、荷载施加时间和荷载施加区域对基坑支护结构水平位移、坑外地表沉降和坑底隆起变形的影响。结果表明：荷载大小对基坑支护结构的水平位移、地表沉降和坑底隆起变形影响较大；荷载施加时间和荷载施加区域则仅仅对支护结构水平位移和地表沉降影响较大，对坑底隆起变形影响较小；在对基坑进行工程设计时，应考虑坑边荷载的影响。　　关键词：基坑开挖；变形；数值计

2、算；水平位移；地表沉降；软土地区　　中图分类号：TU433文献标志码：A　　Abstract：Aimedatbuildingmaterials，vehiclesandotherloadsusuallyfoundnearfoundationpitexcavation，basedonBiots3Dconsolidationtheory，a3Dfiniteelementprogramwithconsideringfluidsolidcouplingwasdeveloped.Theinfluencesofloadingsize，loadi

3、ngtimeandloadingareaonthehorizontaldisplacementofsupportingstructure，groundsettlementaroundtheexcavationandbasalheaveoftheexcavationwerestudiedrespectively.Theresultsshowthatloadingsizehasgreatinfluence11onthehorizontaldisplacementofsupportingstructure，groundsettlemen

4、tandbasalheave；loadingtimeandloadingareahavegreatinfluenceonthehorizontaldisplacementofsupportingstructureandgroundsettlement，howeverhavelittleinfluenceontheheavedeformationofpitbase.Therefore，theinfluenceofloadshouldbeconsideredwhendesigninganexcavation.　　Keywords：fo

5、undationpitexcavation；deformation；numericalcalculation；horizontaldisplacement；groundsettlement；softsoilarea　　0引言　　随着城市建设的发展，深基坑工程项目越来越多，其相关研究也越来越多[17]，而坑外荷载对基坑开挖的变形性状研究相对较少。《基坑工程手册》和《建筑基坑支护技术规程》都规定了基坑开挖时基坑周边荷载严禁超过设计荷载，设计荷载通常根据经验取值不超过20kPa。　　在坑外荷载对基坑开挖变形的性状影响研究方面，刘素锦等[

6、8]采用假定车辆荷载集中分布和等效等厚土层的计算方法，分析了车辆超载对各种基坑支护形式的影响；林刚等[9]运用PLAXIS软件模拟了不平衡堆载下深基坑开挖全过程，分析了不平衡堆载对基坑两侧支护结构内力和位移的影响；徐长节等[10]则通过一个工程实例，分析了坑边超载以及车辆冲击荷载对既有基坑支护结构内力的不利影响；陈梅等[11]则采用建立的有限元模型计算了坑顶车辆荷载作用下基坑在开挖与支护过程中坑周土体的变形规律和基坑的失稳特征。11　　本文采用的程序是在笔者开发的基坑三维有限元程序3DBCPE3.0[12]基础上进一步开发的，用于

7、研究坑外荷载大小、荷载施加时间和荷载施加区域对基坑变形的影响，进而有助于优化基坑工程设计方案，提高基坑工程的安全性。　　本文土体模型采用邓肯张非线性弹性模型，其计算参数采用文献[4]中的饱和软粘土参数，取值如表1所示。接触面采用基于文献[14]模型的三维接触面薄层单元，接触面的外摩擦角和接触面粘聚力分别为35°和15kPa，其他计算参数和土体单元一样；地下连续墙采用线弹性模型，其弹性模量和泊松比分别为2.5×104MPa和0.167；混凝土支撑采用线弹性模型，第1层和第2层的弹性模量均为2.3×104MPa。　　土体模型的位移边界

8、条件为：基坑长度方向（y方向）的计算域两边边界面y方向位移为0；基坑宽度方向（x方向）的计算域两边边界面x方向位移为0；基坑深度方向（z方向）的计算域底面x，y，z方向位移均为0，而在计算域上表面则（z方向）自由。　　土体模型的排水边界条件为：基坑