地下開挖導(dǎo)致鄰近砌體古建筑物損壞評(píng)價(jià)及其保護(hù)研究.pdf

1、二十一世紀(jì)是人類開發(fā)和利用地下空間的世紀(jì),現(xiàn)代化的大都市走立體化開發(fā)之路,加強(qiáng)地下空間的開發(fā)和利用是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。據(jù)北京市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案,到2020年全市軌道交通里程將超過1000公里,未來10年內(nèi),軌道交通里程將以每年40公里的速度增長(zhǎng)。在地下空間開發(fā)、地下交通的建設(shè)時(shí),各種地下施工方法都會(huì)不同程度地對(duì)開挖體周圍土體造成擾動(dòng)、引起地表變形,并對(duì)地面的各類建筑會(huì)造成影響甚至破壞,而北京是一個(gè)匯集了無數(shù)名勝古跡、建筑和園林的歷

2、史名城,許多文物古跡可能因此而受到影響。因此有效地解決好城市建設(shè)與文物保護(hù)二者的矛盾,評(píng)價(jià)地下開挖造成的臨近建筑物的損害,并采取有效措施保護(hù)這些建筑,無疑對(duì)于北京的地下空間開發(fā)、地下交通體系的構(gòu)成有重要的意義。 本文依托北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目“地下開挖導(dǎo)致臨近古建筑物損壞評(píng)價(jià)及其保護(hù)研究”(8062007)、“淺埋大型地下空間開挖誘發(fā)地表變形的預(yù)測(cè)與控制”(8022005),根據(jù)北京地區(qū)古建筑物基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)形式、北京地區(qū)的地質(zhì)條件

3、、隧道施工方法的特點(diǎn),主要從地下開挖工程中土體本構(gòu)模型的選取、開挖效應(yīng)的模擬、砌體建筑物的損害評(píng)價(jià)、工程實(shí)例分析與保護(hù)等四個(gè)方面進(jìn)行了相關(guān)的分析與研究,具體的研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下： 從彈性條件下圓形隧道的開挖所引起的圍巖應(yīng)力變化特征分區(qū)入手,對(duì)開挖條件下的應(yīng)力路徑進(jìn)行歸類,比較不同模型在均質(zhì)粘性土中開挖隧道時(shí)的應(yīng)力分區(qū)和塑性區(qū)分布特點(diǎn),得出適合于地下工程開挖的模型。針對(duì)北京的地層特點(diǎn)和現(xiàn)有巖土工程測(cè)試技術(shù),提出了基于FLAC

4、和內(nèi)置語言FISH控制技術(shù)的模型參數(shù)的判斷與輸入方案。 基于FLAC數(shù)值方法和典型盾構(gòu)開挖沉降曲線,提出了基于應(yīng)力釋放法的搜索應(yīng)力釋放率控制標(biāo)準(zhǔn),并通過該法對(duì)影響地表沉降的因素進(jìn)行了分析,包括隧道埋深、開挖斷面大小、土體內(nèi)摩擦角,比較了這些因素對(duì)地表沉降的重要性影響程度。 采用應(yīng)力釋放法研究了隧道開挖造成的圍巖應(yīng)力狀態(tài)、圍巖壓力的分布形態(tài)和圍巖的有效加固區(qū)域。發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)力釋放率的增加,圍巖壓力圖由開挖前初始的橢圓形向近似

5、四邊形發(fā)展,塑性區(qū)和圍巖壓力松動(dòng)區(qū)之間呈現(xiàn)互動(dòng)關(guān)系；隧道上部,從隧道的拱腳至拱頂,圍巖加固對(duì)地表沉降的影響逐漸減弱；對(duì)比隧道上、下圍巖的加固效果,發(fā)現(xiàn)上部圍巖的加固效果強(qiáng)于下部,隨著應(yīng)力釋放率的增加,這種差距呈不斷擴(kuò)大趨勢(shì)。 根據(jù)典型工程實(shí)測(cè)資料對(duì)應(yīng)力釋放法和間隙法進(jìn)行了改進(jìn),并對(duì)這兩種方法的適用性進(jìn)行討論。對(duì)于間隙法,根據(jù)各種不同位移偏移量下對(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行擬合結(jié)果,認(rèn)為位移偏移量的合適值為0.8～0.9;總結(jié)了224種不同應(yīng)力

6、釋放參數(shù)下的土體位移計(jì)算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)隨著隧道埋深與直徑比(H/D)的增大,平均應(yīng)力釋放系數(shù)先減少后增大,應(yīng)力釋放不均勻系數(shù)不斷減少；在H/D相同的情況下,隨著開挖面積的增大,平均應(yīng)力釋放率有減少并穩(wěn)定的趨勢(shì)?；陔x散元能量計(jì)算原理,把古建筑物簡(jiǎn)化為一平面墻體,提出了利用在位移加載過程中“吸能”和“耗能”能力的變化特征來評(píng)價(jià)建筑物損害程度?；诖?研究了墻體高度、隧道與墻體的不同位置關(guān)系、磚塊體大小對(duì)損害程度的影響規(guī)律。探討了基于離散元和F