基于空间效应的深基坑变形监测及数值模拟分析

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为了缓解紧张的城市用地需求,实现城市空间的高效利用,越来越多的大尺寸和不规则的基坑工程开始出现。我国沿海城市软土地层分布广泛,地质条件较为复杂,在这样的条件下修建深基坑更加需要严格的控制变形。以上海某深基坑工程为例,通过理论分析的方式探讨了基坑空间效应的形成机理,并据此对空间效应影响范围进行了计算。通过对现场监测数据进行统计的方式对基坑及周边环境的空间变形规律进行了分析。建立三维数值模型计算了基坑施工过程中的变形,并与监测数据进行对比验证了模型的合理性。建立了若干个不同坑角角度的基坑模型,定量分析了坑角角度对空间效应的影响。通过改变基坑开挖方式及调整支撑架设位置的方法对基坑的空间变形情况进行了分析,并对施工方式进行了优化,可为基坑施工中变形的控制提供参考。针对基坑空间效应影响范围的确定问题,以土拱效应为基础,通过分析土拱与平面应变条件下滑裂面的相对位置,得到了基坑空间变形的两种表现形式;通过对土拱及理想滑裂面的几何参数进行量化,推导得出了空间效应影响范围计算公式:针对基坑各监测项目的空间变形规律问题,对基坑围护结构变形、周边地表沉降、坑底隆起、管线变形及支撑轴力的监测数据进行了综合分析。结果表明:基坑角撑的轴力显然小于对撑,围护结构的最大水平位移出现在基坑开挖面附近,地表沉降沿远离基坑方向呈现三角形和抛物线形两种趋势,管线沉降与土体沉降之间存在联系,可利用修正后的土体沉降计算公式预测管道沉降。针对基坑坑角角度对基坑空间效应的影响程度问题,定义了空间效应影响系数,并以15°为一个梯度,建立45°~150°坑角的基坑数值计算模型对围护结构水平位移进行了计算。计算结果表明基坑坑角的角度越大,空间效应越不明显。针对基坑施工过程中变形的控制问题,建立数值模型对三种开挖和三种支撑方式下的基坑变形进行了计算,结果表明选择自东向西分层倒退开挖,在基坑较宽的一条边采用南北分区开挖的方式,地表最大沉降值及水平位移最大值均明显减小,支撑架设位置上下移动1m后基坑变形情况没有大的波动,若施工有需求可以进行适当地调整。
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