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《软土深基坑支护结构内力与变形时空效应的影响因素分析_高文华》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第34卷第5期土木工程学报Vol.34No.52001年10月CHINACIVILENGINEERINGJOURNALOct.2001软土深基坑支护结构内力与变形时空效应的影响因素分析高文华杨林德沈蒲生(湘潭工学院)(同济大学)(湖南大学)摘要采用Mindlin厚板理论,建立了深基坑支护结构内力与变形时空效应的三维有限元分析模型。以上海某深基坑为工程原型,利用所编制的计算程序,详细探讨了分步开挖深度、基坑开挖宽度、边界约束条件、地基流变等因素对支护结构内力和变形时空效应的影响,揭示了各种因素对软土深基坑
2、支护结构内力与变形时空效应影响的规律,其结论可为深基坑支护设计、施工及周围环境保护提供参考。关键词软土深基坑支护结构内力与变形时空效应+中图分类号:TU473.12文献标识码:A文章编号:1000-131X(2001)05-0090-07直于板面的横向荷载,其水平挠度与墙体厚度相比小1引言得多,且墙体变形通常都在弹性范围内工作等特点,故分析中将基坑围护墙体按线弹性材料考虑。由于墙深基坑本身是一个具有长、宽和深尺寸的三维空厚与墙体插入深度之比较大,将围护墙体简化为一块间结构,加之软土地区地基土的流变性,使
3、得支护结有限长、两端及底部有一定边界约束条件的弹性地基[1,2]构的内力与变形具有明显的时空效应。上的竖向厚板,采用可考虑横向剪切变形影响的实践证明,科学地制定可综合考虑时空效应影响Mindlin线弹性厚板理论对围护墙体的内力和变形进的开挖、支撑设计施工方案,并能合理地利用土体自行分析。身在开挖过程中控制位移的能力,由此达到控制坑周(2)开挖面以下土体视为厚层均匀各向同性体。地层位移和保护环境的目的,以代替采用昂贵地基加(3)支撑结构为具有一定弹性刚度的弹簧。固措施的做法,是安全经济地使基坑在开挖过程保
4、持2.2计算模型稳定的有效途径。图1为围护结构计算分析简图,基坑每一侧围护[3～5][6,7]对于深基坑支护的空间效应和时间效应墙体简化为设有横向支撑的软土地基上的竖向板;非的研究已分别取得了不少成果,但对于深基坑支护结开挖侧作用有水土压力和由地面超载产生的侧压力;构内力与变形时空效应综合影响的考虑,目前在理论两侧挡土墙对墙体的约束简化为固定边界;顶部边界上还尚无成熟的方法。作者曾采用Mindlin厚板理论,为自由边界;底部边界简化为弹性支承边界,插入持建立了可考虑支护结构内力与变形时空效应的三维有力层
5、后处理为固定边界;在开挖侧设置的横撑对墙体[8]限元分析方法,并编制了相应的程序。本文将采用此模型,并以上海某深基坑为工程原型,分析各因素对支护结构内力和变形时空效应的影响,由此探索其规律性,为深基坑支护及开挖设计提供参考。2时空效应分析的基本原理和方法2.1基本假定(1)鉴于基坑开挖过程中,围护墙体主要承受垂收稿日期:2000-10-09湖南省教委科研项目资助(项目编号:99C160)图1支护结构计算分析简图第34卷第5期高文华等·软土深基坑支护结构内力与变形时空效应的影响因素分析·91·的支承作用简
6、化为弹簧;坑底以下被动抗力区的土体103kPa,Kelvin-Voigt模型的剪切粘性系数ηk=3.0×以提供地基刚度的形式与板共同作用;由此可以写出104kPa·d,各开挖步地基发生蠕变变形的时间均取为结构的整体平衡方程:20d;静止土压力系数K0=0.7,基床系数初值K=KU=[KP+KS+KR]R(1)1500kN/m3,土体平均重度γ=18.3kN/m3,土体平均式中,U为墙体位移向量;R为荷载向量,包括作内摩擦角φ=15.5°,土体平均内聚力c=9.5kPa;地用在墙体上的水土压力、地面超载和
7、邻近基坑的附加面超载q=20.0kN/m2。支撑力;K为整体刚度矩阵,KP为墙体刚度矩阵,3.1支撑刚度的影响KS为地基刚度矩阵,KR为支撑刚度矩阵。支撑刚度的变化对墙体位移和内力有较大的影研究表明,围护墙体和周围软土地层的变形随时响。以上述深基坑工程第四工况结束时的情况为例进间发生变化,具有明显的时效性,因此,软土地层中行分析,计算时,将实际支撑刚度记为K,分别取为的基坑开挖过程宜采用可考虑时间因素的粘性模型。实际支撑刚度的0.01、0.1、1.0、10倍,其它参数保在应力边界和排水条件保持不变的情况
8、下,地基模型持不变,结果示于表1。[9]可用线性粘弹性Kelvin-Voigt模型模拟。表1支撑刚度对墙体位移和内力的影响由此可见,式(1)可模拟在不同的开挖条件下支撑刚度0.01K0.1K1.0K10.0K(包括边界约束、开挖深度和开挖宽度),由地基刚度最大水平位移(mm)55.9754.9348.1134.04的变化、侧土压力与墙体位移的相互作用而引起的支最大竖向弯矩Mx(kN·m)1518.71521.41565.91820.4护墙体
