基于变形控制的基坑支护设计研究

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1、湖北工业大学硕士学位论文结构的强度破坏：二是失效状态，即支护结构强度尚未破坏，但由于变形过大，而使支护体系失去了实际意义或由于变形过大而对周围环境造成了一定程度的危害。因此，变形控制设计的基本思想就是在支护结构满足强度的前提条件下，尚需满足使用要求，即基坑在施工过程中，既要保证安全、不失稳，又要保证对周围环境不造成破坏性影响【l51。从技术发展的角度来讲，基坑设计正在经历由强度控制设计向变形控制设计过渡的阶段【16】。变形控制没有引起重视的原因有两个方面：(1)常规设计方法对支护结构及基坑周围土体的变形不能给出相应的解答，变形控制无从谈起；(2)早期的基坑规模小，开挖

2、深度浅，周边环境条件简单，周边建(构)筑物和管线少，土压力问题与基坑变形分析影响程度小；但目前的基坑越来越深，周边环境条件越来越严峻，这也是将变形控制提上日程的主要原因。张钦喜【17】等深入探讨了变形控制设计，提出了变形控制设计的基本思想：支护结构在满足强度要求的前提下，尚需满足其使用要求。即基坑在施工过程中既要保证其安全、不失稳，又要保证其对周围环境不造成破坏性的影响；作者还对变形控制设计的基本内容和变形控制标准进行了讨论。刘建航、候学渊【l8】将基坑变形控制标准分为4个保护等级。李云安、葛修润等[19-20】深入探讨了影响基坑变形的多种实质性状态变量，给出了影响基

3、坑变形的主要因素，并将其作为在变形控制的重要内容，编制了有限元模拟程序，取得了一定成果。1．3存在的问题(1)目前的基坑工程设计中，大多是采用强度控制，对基坑变形考虑较少。但对于许多基坑工程来说，并不是仅仅需要足够的承载能力，而还应控制变形，保证基坑的建筑、道路、管线等的正常使用。如何预测基坑变形，如何在设计中将基坑变形控制在一定的范围，这方面的研究工作急待深入。(2)现在的设计计算方法将土压力作为一个确定荷载作用在支护结构上，其值和分布规律不随支护结构的变形而发生变化，没有考虑到土与结构的相互作用，这种假定和工程实际是不符合的。(3_)土与结构相互作用方面的研究还不

4、够深入，如何考虑支护结构刚度、土体刚度等对基坑变形、土压力的影响等，都是基坑工程设计工作中急待解决的问题。(4)数值模拟技术在基坑工程中得到了广泛的运用，但分析的结果大多与实际工程有较大出入，还只能仅仅作为一个参考。如何通过对实测资料的分析来确定湖北工业大学硕士学位论文计算参数，使得计算结果与实际情况较为吻合，以预测下一个工况的内力和变形或者相类似的基坑工程的内力和变形。这方面也需要进一步的研究和经验的积累。4本文的主要工作随着我国改革开放和经济建设的不断发展，城市地下空间的开发利用已经成为各大型城市的热点，而地下空间的开发利用基本上都是与基坑开挖相联系的。由于受到周

5、围环境的限制，必须防止基坑开挖过程可能引起周围建筑的变形。目前基坑开挖设计己逐步由强度控制转变为变形控制，如何有效控制基坑变形，使基坑工程既安全又合理，是人们一直探索的课题。在进行变形控制设计中，变形预测分析是基础，而寻找能准确计算支护结构位移的基坑工程设计方法，是问题的关键。但是，当前在设计数据和模型的选取、参数的准确与可靠性等方面和工程的要求还有差距，有待进一步完善。基于这些问题，本文采用综述比较、理论分析、计算模拟等方法，对基坑支护变形控制设计理论进行初步的研究，本文的主要工作为：(1)详细研究了基坑工程发展现状，综述了基坑支护设计常用设计方法，分析各种设计理论

6、的适用性。(2)选取Drucker-Prager’理想弹塑性本构模型采用二维连续介质有限元法对支护桩的水平位移做预测分析并结合工程的实测位移资料检验计算结果的可靠性。(3)并对变形控制理论作了初步的概括与总结，基于变形控制为主线，结合工程实例中应用的一些变形控制的设计、施工措施，通过支护结构设计计算来验证所采用措施的可行性。6湖北工业大学硕士学位论文2．1引言第二章深基坑支护设计理论在基坑支护设计中，确定了支护结构型式之后，选择正确的计算模型进行设计计算是至关重要的。目前常用的基坑支护设计计算方法大致可分为三类。第一类是常规设计方法(极限平衡法)；第二类称为弹性抗力法

7、；第三类是有限元法。支护结构设计首先需要知道作用在支护结构上的土、水压力，土压力是作用于支护结构上的主要荷载，特别在大型基坑的开挖中能较正确地估计土压力，对于确保工程的准确设计与顺利施工具有十分重要的意义。在实际中应用中，使用较多的还是使用朗肯(Rankine)和库仑(Coulomb)理论来计算土压力。2土压力理论[21～23]2．2．1土压力分类在基坑工程的设计和施工中，常要设置临时的支挡结构来维护开挖边坡的稳定。土压力是作用于支挡结构的主要荷载，在大型基坑的支护设计中，正确地估计土压力，对于确保基坑工程的安全和顺利施工具有十分重要的意义。土压力是