基于m法的软土地区基坑工程时空效应研究

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1、上海交通大学硕士学位论文基于“m”法的软土地区基坑工程时空效应研究姓名：沈健申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：王建华20060201上海交通大学硕士学位论文基于“m”法的软土地区基坑工程时空效应研究摘要高层建筑的兴起和城市地下空间的开发带来了大量的深基坑工程，基坑开挖涉及到土力学中经典的强度、稳定与变形问题以及土与结构的共同作用等问题。本文针对软土地基的工程特点，提出了用于分析深基坑支护结构内力与变形的三维“m”法，并采用该方法研究了软土地区基坑工程的时空效应。支护结构的强度与变形计算是基坑工程设计中的主要内容。本文根据竖向弹性地基梁“m”法计算原理，结合大型通用有限元

2、软件将平面弹性杆系有限元法推广到三维问题，提出了既符合目前的基坑设计规范又可以考虑土-围护-支撑体系共同作用的基坑支护结构三维分析方法(三维“m”法)。本方法将坑内地基土体考虑为弹簧单元，其刚度根据“m”法计算；将坑外土体简化为按规范方法计算的水土压力。由此建立支护结构和土弹簧的三维有限元模型，通过模拟实际施工工况下坑内土体的变化来分析开挖过程中支护结构的内力与变形。由于饱和软土的流变性和低渗透性，在软土地区进行的基坑开挖呈现明显的时间效应。本文根据上海地区典型土层的流变试验结果，将坑内被动区土体基床系数的比例系数(m值)表示为时间的函数来反映土体变形的时间特性，并由此分析m值

3、随时间的变化对支护结构变形与内力的影响。利用上述方法对基坑支护结构的变形进行参数研究，结果表明土体流变对支护结构的影响主要发生在开挖后初期。因此在施工中应尽早采取措施减少无支撑暴露时间，以减小土体流变对支护结构变形及内力的影响。深基坑开挖不仅是一个动态的施工过程，也是一个典型的三维问题，基坑支护结构的变形和内力具有明显的空间效应。采用本文提出的三维“m”法分析了由基坑支护结构形式的差异所引起的空间效应，并提出了采用三维“m”法模拟目前工程中常用的分区开挖与盆式开挖的方法，同时给出了被动区土体基床系数的计算公式。I上海交通大学硕士学位论文对拟建上海世博500kV地下变电站圆形基坑

4、地下连续墙及支撑体系的分析表明，采用三维“m”法分析空间效应明显的支护结构时有较大的优势，同时，计算中考虑盆式开挖和分区开挖会对支护结构的计算结果有一定的影响。采用三维“m”法与规范推荐的平面弹性地基梁法对上海南站北广场基坑工程的比较分析表明三维“m”法将挡土结构和支撑体系作为整体进行计算可以自动满足两者的位移协调并可以直观地给出支护结构各个位置的变形及受力状况，且相比平面方法，三维“m”法连续墙水平位移计算值更接近于实测结果。应用三维“m”法综合考虑时间效应与空间效应对长峰商场基坑工程进行了分析，计算结果与实测值吻合，分析结果表明无支撑暴露时间下，连续墙位移明显增大，支撑浇筑

5、有效地限制了位移的进一步增大，特别是支撑处的连续墙位移基本稳定。实例分析表明三维“m”法符合规范要求，且其参数的选取可以参考已经积累的土体参数的取值经验，计算结果合理，可直接应用于工程设计。关键词：深基坑，三维“m”法，软土流变，盆式开挖，分区开挖II上海交通大学硕士学位论文ResearchonTime-SpaceEffectinSoftSoilExcavationsBasedon“m”MethodAbstractThedevelopmentofhighbuildingsandusingofurbanundergroundspacegiverisetomoredeepexcav

6、ationprojectswithlargersizeanddeeperdepth,whichnotonlydealwithclassicaldeformation,strengthandstabilityproblemsofsoilmechanicalsbutalsoconcerningtheinteractionbetweensoilandretainingstructure.Pointtothefeatureoffoundationinsoftsoil,thispaperputforwardthe3-D“m”methodtoanalyzethedeformationand

7、internalforceofretainingstructureofdeepexcavation,andmadesomeresearchontime-spaceeffectofexcavationengineeringinsoftsoilbythismethod.Thestrengthanddeformationcalculationofretainingstructureisthemaincontentofdesigninexcavationengineering.Combinedwit