考慮卸荷效應(yīng)時開挖對周圍環(huán)境的影響與評估研究.pdf

1、隨著城市建設(shè)的發(fā)展，我國地下工程的建設(shè)已經(jīng)進入了高速發(fā)展的時期。城市地下施工不可避免的會給周圍的環(huán)境帶來不同程度的影響，有的將危害生產(chǎn)建設(shè)和人民生命財產(chǎn)安全。大量的地下工程建設(shè)實踐表明，地下開挖卸荷會使周圍的地層和地面產(chǎn)生變形，嚴重者會造成建筑物產(chǎn)生不均勻沉降、開裂，甚至倒塌。然而在分析與評估開挖引起的影響和損害時，也不能過分夸大其影響程度，否則會造成保護成本的大量浪費。因此對于從事地下工程研究和建設(shè)人員來說，應(yīng)盡可能準確掌握工程施工對

2、周圍環(huán)境的影響程度，進行合理的損害評估，采取有效的保護措施，將環(huán)境影響降低到最小程度。 本文所研究的內(nèi)容是以國家自然科學(xué)基金項目（50278042 ）“復(fù)雜開挖環(huán)境對建(構(gòu))筑物影響的實時分析與監(jiān)控研究”為研究背景的一個重要子項目。利用先進的室內(nèi)試驗設(shè)備和三維有限元軟件對考慮卸荷效應(yīng)時開挖對周圍環(huán)境的影響與評估進行全面的研究，分析了開挖引起的地表變形規(guī)律及由此誘發(fā)的對相鄰建筑物的影響，結(jié)合南京地鐵一號線一期工程項目對地表變形和鄰

3、近建筑物的影響進行了研究與損害評估，運用試驗得出的結(jié)論進行損害評估的結(jié)果比常規(guī)方法更趨合理，顯著降低了臨近建筑物的保護成本。本文主要結(jié)論如下： （1）土體開挖卸荷時，c、 值和摩擦系數(shù)越大，支護樁之間的土拱效應(yīng)越強，尤其是c值影響最大；在樁距為5d以內(nèi)時，土拱效應(yīng)比較明顯；拱頂高度大致為0.5倍樁距，應(yīng)力拱的形狀與荷載的大小無關(guān)。梅花形布樁比雙排布樁受力更為合理。 （2）固結(jié)不排水條件下，常規(guī)三軸壓縮（加荷）試驗中產(chǎn)生正

4、孔壓；而減壓三軸壓縮（卸荷）試驗中產(chǎn)生負孔壓。加卸荷試驗中的最大孔壓和峰值強度均與平均固結(jié)壓力 成正比。卸荷試驗中的峰值強度 和最大孔壓 的絕對值明顯小于加荷試驗中得到的峰值強度和最大孔壓。 固結(jié)排水條件下，加荷試驗的體積應(yīng)變?yōu)樨摚憩F(xiàn)為剪縮。而卸荷試驗體積應(yīng)變?yōu)檎?，表現(xiàn)為剪脹，且破壞時應(yīng)變較小。 所有不同應(yīng)力路徑試驗均在應(yīng)變4％時出現(xiàn)拐點，說明不管在什么應(yīng)力路徑下該土的性質(zhì)在應(yīng)變4％時發(fā)生變化，因此在實際工程中該拐點可

5、作為一應(yīng)變控制點。 （3）加荷和卸荷試驗中的初始變形模量均與平均固結(jié)壓力 成正比。比較相同固結(jié)圍壓和軸壓的加卸荷試驗得出的割線模量 和 ，發(fā)現(xiàn)大致呈如下關(guān)系： ；而加卸荷時的有效應(yīng)力強度參數(shù)基本相同。 （4）通過大量的實測資料和計算分析，提出可用于工程影響預(yù)測的地表縱向沉降曲線公式： ，該曲線有效的克服了累積概率曲線難以改變的缺點，可以通過控制b值和k值來反映開挖面上方地表處的沉降大小及工后沉降問題；提出隧道開挖引起的地

6、表水平位移曲線公式： ， 并對函數(shù)性質(zhì)和參數(shù)定義做了研究分析。采用本文曲線公式可以簡單有效的預(yù)測開挖引起的地表位移。 （5）本文對地下掘進過程引起的地表變形及由此誘發(fā)的對建筑物的影響做了動態(tài)的三維有限元數(shù)值模擬分析，得出了以下主要結(jié)論。 各個地表橫向斷面的沉降曲線符合正態(tài)分布，開挖面后方的土體經(jīng)過卸荷擾動，沉降較大。隨著隧道開挖的進行，臨近建筑物的不均勻沉降及平均沉降增大，最終趨于穩(wěn)定。 地層的不均勻沉降所導(dǎo)致的

7、地表傾斜改變了地面的原始坡度，它使建筑物的重心發(fā)生偏斜，引起附加應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化而引起破壞。 建筑物的存在約束了地表的變形，降低了擾曲和水平應(yīng)變；同時也約束了隧道周邊土體的位移。臨近建筑物施工時結(jié)構(gòu)荷載造成隧道襯砌上內(nèi)力的增加。 （6）將試驗得出的結(jié)論和縱向沉降曲線預(yù)測公式應(yīng)用于南京地鐵一號線一期工程項目，采用三階段評估方法對開挖引起地表變形及由此誘發(fā)的建筑物沉降、破壞進行了預(yù)測評估，結(jié)果比常規(guī)