基于開挖卸荷效應(yīng)的基坑共同變形與動態(tài)支護(hù)理論.pdf

1、基坑工程的變形分析和變形控制是確保基坑安全穩(wěn)定的重要內(nèi)容之一。但是，由于開挖卸荷效應(yīng)和不確定性因素的影響，基坑的變形分析及其控制顯得尤為復(fù)雜，至今理論上和實(shí)踐上都還存在大量尚不能給予很好解決的課題。在變形分析與計(jì)算方面，目前仍較多采用的是以Coulomb和Rankine等經(jīng)典土壓力理論為基礎(chǔ)的極限平衡原理，基本上沒有考慮開挖卸荷后所出現(xiàn)的一系列與基坑變形和穩(wěn)定性極其相關(guān)的力學(xué)效應(yīng)。在變形控制方面，很少針對開挖卸荷效應(yīng)和不確定因素進(jìn)行計(jì)算

2、和調(diào)控，基本都是根據(jù)最初的巖土特性一次性地進(jìn)行設(shè)計(jì)與支護(hù)，不僅對已有變形不具有恢復(fù)能力，而且適應(yīng)不確定因素影響的能力較差。 本文圍繞開挖卸荷后基坑的變形及其控制這一主題，對基坑的開挖卸荷效應(yīng)、共同變形特征、動態(tài)控制技術(shù)依次展開了討論。取得的主要研究成果為： 1、在基坑工程領(lǐng)域，引入了支護(hù)能力可以隨坑壁變形發(fā)展而調(diào)節(jié)變化的動態(tài)支護(hù)理念。以此為基礎(chǔ)，提出了一種以拱形結(jié)構(gòu)為支撐的動態(tài)支護(hù)技術(shù)和一種由千斤頂、支柱、兩個或多個拱形

3、支撐組成的、支撐能力可以復(fù)加的雙拱自穩(wěn)支撐。 2、提出了擾動后基坑變形的平面分區(qū)概念模型，用非線性彈簧件和非線性摩阻件，來分別表示彈性區(qū)域和塑性區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變隨距離的變化關(guān)系，建立了考慮距離因素影響的流變力學(xué)模型，并推導(dǎo)出了相應(yīng)的本構(gòu)方程。在此基礎(chǔ)上，推出了基坑周圍卸荷拱的軸線方程、跨度和矢高的表達(dá)式。 3、建立了坑周巖土彈性變形問題的平面力學(xué)模型，推導(dǎo)出了彈性應(yīng)力場、位移場的解析解。根據(jù)Kastner方程，給出了塑性區(qū)

4、域應(yīng)力位移場解析分析的基本過程，提出了基坑周圍塑性應(yīng)力場和位移場的一種解析計(jì)算方法。以此為基礎(chǔ)，建立了坑壁土壓力和坑壁位移之間的一一對應(yīng)的關(guān)系式，給出了一種新的描述土壓力與位移之間非線性關(guān)系的方法。 4、把坑壁位移量分解為支撐施加前的初始位移量、支撐壓縮變形所引起的位移量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)柔性變形所引起的位移量三部分，建立了一種考慮基坑一支護(hù)系統(tǒng)共同變形的簡化計(jì)算方法，并給出了算例。 5、考慮開挖卸荷效應(yīng)的影響，建立了直線形支撐

5、的軸力和變形隨坑壁位移變化而變化的關(guān)系式，結(jié)合算例，分析了坑壁初始位移、支撐點(diǎn)高度、土壓力作用點(diǎn)高度、外摩擦角等因素對直撐力學(xué)特性的影響。同時，對拱形支撐動態(tài)支護(hù)作用下，三鉸拱支撐和無鉸拱支撐的內(nèi)力、變形和坑壁位移的關(guān)系進(jìn)行了分析，建立了坑壁位移和支撐變形之間的耦合關(guān)系。 本文的研究，對把握基坑的開挖卸荷效應(yīng)和分析基坑一支護(hù)系統(tǒng)的共同變形特征具有重要的理論意義，同時對受開挖卸荷效應(yīng)和不確定因素影響顯著的基坑變形，具有很好的控制效