基坑开挖引起的地层变形的计算方法研究

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基坑的开挖会对其临近建(构)筑物及地下设施产生不利的影响,如何准确有效地预测基坑开挖引起的周围土体位移是基坑设计中需解决的问题。对此,本论文开展了以下研究工作:(1)总结了当前国内外学者对基坑外侧土体位移规律研究的成果,分析了基坑周围土体位移现有计算方法中存在的不足,并着重介绍了基于Melan解的基坑土体位移计算方法的基本原理,对其合理性进行了分析探讨。结果表明:该法虽然因较为简单而有较多的应用,但其位移解的不收敛性是无法克服的缺陷。(2)针对研究团队原计算方法的不足,本论文进行了较大的改进,建立了考虑空间效应及摩擦力的基坑外土体位移计算方法,并采用Matlab编制了相应的计算程序。本文方法以矩形区域均布荷载作用下的Vaziri位移解代替了Melan位移解,彻底解决了位移不收敛的问题;通过叠加原理的应用,反映出了多桩之间的相互作用和影响,使计算方法能更好地用于排桩基坑的计算分析;在考虑水平荷载的基础上,还考虑了围护结构与土体之间的摩擦力对土体变形的影响,与实际更为相符;除可以计算坑外土体的沉降外,还可以计算土体的水平位移,使得到的土体变形信息更为丰富。(3)运用本文的计算方法分别对广东省某市的地铁车站基坑、成都站东广场站地铁基坑、成都地铁5号线福宁路站基坑的土体位移进行了计算分析。计算结果表明:算例1中,地表沉降计算值由水平荷载和竖向荷载产生的沉降叠加得到,水平荷载产生的沉降曲线呈凹槽形,竖向荷载产生的沉降曲线呈三角形;计算得到的坑外土体地表沉降曲线与有限元计算和实测数据得到的沉降曲线形状相似,呈凹槽形;地表沉降最大值位置基本相同。算例2中,水平位移的计算值与实测值两者数据基本一致,水平位移曲线均呈外凸形,吻合度较高,验证了该计算方法在计算坑外土体水平位移时的合理性。算例3中,通过计算得到了坑外土体沉降及水平位移的分布曲线,其变化规律及特征与前人用有限元计算得到成果基本一致,但该法的计算显然更为简便。
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