填海造陸地區(qū)深大基坑變形時空效應及其控制研究.pdf

1、隨著我國城市化進程快速的發(fā)展，不斷擴張的城市建設與有限的土地資源之間的矛盾日益凸顯，因此，填海造陸成為沿海城市增加土地資源儲備、擴展城市空間的重要途徑。如今伴隨各種高層、超高層建筑的建設，各種超大、超深和復雜的基坑工程在填海造陸地區(qū)的場地上應運而生，然而，填海造陸層下臥深厚的海相沉積軟土在基坑開挖過程中容易產(chǎn)生蠕變變形，使基坑支護結(jié)構(gòu)及周圍土體的變形具有明顯的時空效應，為了基坑的安全施工，需要對時空變形進行嚴格地控制。填海造陸層下臥的海

2、相沉積軟土的蠕變力學特性是影響整個基坑時空變形的重要因素，鑒于此，論文基于前人對軟土蠕變的研究，綜合采用室內(nèi)試驗、理論分析、數(shù)值模擬等手段，對下臥海相沉積軟土的蠕變力學特性和本構(gòu)模型展開研究，并將研究成果應用到填海造陸地區(qū)深大基坑變形時空效應及其控制的工程實踐中。論文的研究內(nèi)容和成果如下：
　?、賹雍Ｏ喑练e軟土的基本物理性質(zhì)和礦物成分進行系統(tǒng)的研究，揭示了高親水礦物含量、高細粒含量和高粘粒含量是造成海相沉積軟土非線性蠕變的重要

3、原因。采用應力控制式三軸儀，對不同深度處的海相沉積軟土展開相應圍壓下的固結(jié)不排水蠕變試驗，獲得該軟土的蠕變特性認識?；谠囼灲Y(jié)果，重點分析海相沉積軟土在低于屈服應力和高于屈服應力時各自的蠕變特性，以及蠕變特性隨時間的變化規(guī)律，通過擬合得到孔隙水壓隨蠕變時間和應力水平的函數(shù)關系式。
　?、诜治龌雍Ｏ喑练e軟土的線性粘彈性蠕變和非線性粘塑性蠕變的規(guī)律，采用標準線性體描述粘彈性蠕變、標準線性體與經(jīng)驗公式相結(jié)合來描述粘塑性蠕變，建立以元件

4、模型和經(jīng)驗模型為組合體的海相沉積軟土的蠕變本構(gòu)模型。采用基于經(jīng)典擬牛頓BFGS算法的MATLAB程序，對軟土蠕變本構(gòu)模型的參數(shù)進行辨識，獲得較高精度的模型參數(shù)，能夠很好地描述不同深度處海相沉積軟土的蠕變特性。
　?、刍谟邢薏罘掷碚撏茖ШＯ喑练e軟土應力場控制和滲透場控制的差分方程；利用Microsoft Visual C++6.0軟件獲得該軟土蠕變本構(gòu)模型的數(shù)值實現(xiàn)程序Szsoftsoilmodel.dll。根據(jù)該數(shù)值實現(xiàn)程序得到

5、圍壓為100kPa、200kPa和250kPa時的蠕變數(shù)值計算結(jié)果，通過數(shù)值計算結(jié)果和蠕變試驗結(jié)果的對比，驗證了數(shù)值實現(xiàn)程序的正確性，為基坑海相沉積軟土蠕變模型的工程應用奠定了基礎。
　?、芨鶕?jù)實際起伏不定的地層建立深大基坑的三維模型，分別利用軟土蠕變模型和Mohr-Coulomb模型對支護樁的水平位移進行數(shù)值計算。對比數(shù)值計算結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：考慮軟土蠕變模型的樁身水平位移比Mohr-Coulomb模型的計算結(jié)果更加

6、符合實際的樁身水平位移，驗證軟土蠕變模型的數(shù)值實現(xiàn)程序用于基坑變形數(shù)值分析的合理性。
　?、輰⒑Ｏ喑练e軟土的蠕變本構(gòu)模型應用到填海造陸地區(qū)深大基坑變形時空效應的研究中，重點分析了支護樁樁身水平位移、基坑周圍地面沉降、坑底隆起、樁身彎矩、樁身剪力和錨索預應力損失的空間特性和時間特性?？紤]軟土蠕變本構(gòu)模型的數(shù)值分析表明：首先，基坑變形和受力的時空表現(xiàn)不是簡單的在基坑拐角處弱，在基坑對稱中心處強，具體變形和受力的時空表現(xiàn)與局部軟土的厚度

7、、蠕變強弱和開挖順序等因素有關；其次，基坑東側(cè)因靠近河流，其樁身水平位移和周圍地面沉降在基坑各側(cè)中是最大的，因此基坑東側(cè)是整個基坑變形控制的重點區(qū)域；最后，對比前人在基坑建模時地層為水平的情況，根據(jù)彎曲地層所建立的基坑模型能夠更好地反映基坑的實際變形性狀。
　?、抟曰訓|側(cè)y=135m處的變形控制為例，在綜合分析基坑變形和環(huán)境保護的影響因素的基礎上，提出多種控制方法組合而成的三種變形控制方案?？紤]海相沉積軟土蠕變，對以上三種變形控