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随着世界各国城市建设的发展,土地资源成为一种稀缺资源,人口密度的加大,愈发要求开发三维城市空间。目前各类用途的地下室空间已在世界各大城市得到开发和利用,诸如高层建筑多层地下室,地下铁道及地下车站,地下仓库,地下民防工事以及其它各种地下民用、军事和工业设施等。
基坑开挖是基础和地下工程中的一个古老又传统的课题,同时又是一门综合性的岩土工程难题,既涉及土力学中典型的强度和稳定问题,又包含了变形问题,同时还涉及到土与支护结构的共同作用。另外,深基坑工程具有明显的地域性和个性特征,对这些问题的认识及其对策的研究,是随着土力学理论、分析技术、计算技术、测试仪器以及施工机械、施工技术的进步而逐步完善的。
基坑支护设计是保证坑内、坑外安全的重要手段,因此,如何选择一种合理的基坑支护方式,不仅技术可行,而可经济合理,是广大岩土工程师一直追求的目标。基坑支护设计不仅要有可靠的理论基础,还要有合理的算法做支撑,这里边最重要的是建立支护结构的模型,并结合基坑开挖的不同工况分析分析支护结构的受力特点。
早几年,发达国家即已编制出计算基坑支挡结构内力和变形的通用计算程序,如SUPER SAP-5和SAP-90等。这些程序中,对作用在支档结构上的土压力一般是按朗肯一库伦(Rankine-Coulomb)土压力理论计算的;位移变形计算时一般是把土体看作为弹性介质以弹性理论为基础进行计算,但其计算分析结果与实测数据有较大的差异。近几年国外在基坑支护技术的工程实践中,已经发展到把土体当作具有塑性、弹塑性、粘弹塑性的介质考虑,对于软土同时考虑了软土的长期流变效应,同时计算分析技术也由一维、二维平面有限元发展到三维多维空间有限元及空间离散元。
设计时,如何选择合理的支护设计参数是基坑支护体系设计成败的关键。设计参数过于保守,支护体系造价必定过高,设计参数过于冒险,支护结构安全度不高,容易产生质量和安全方面失控的严重后果。岩土工程可靠性问题被越来越多的人重视,并进行了很多深入的研究,如采用层次分析法、神经网络法、遗传学法等确定支护结构型式,运用工程类比法、工程经验总结、反演等方法确定支护结构设计参数,这些方法确定的设计参数多是模糊的、经验性的,且多是在二维平面内加以研究的,其适宜性、合理性方面存在一些问题。
本文的研究重点结合位于汉口软土地区的武汉船舶调度中心大楼深基坑支护工程实例,该基坑平面上呈L型,为平面不规则基坑,基坑周边环境严竣。本文作者利用有限元软件MIDAS软件,建立基坑的三维模型,对基坑设计参数进行调整、优化,寻求最优的参数组合,并利用天汉软件,用该最优组合参数组合模拟基坑开挖各工况基坑周边围护有结构变形规律,并用实际监测的基坑变形数据相互验证,最终寻求一种最优的支护方式和最优的参数组合。
论文最后从力学模型的选型及设计参数的选取两方面进行综合论证,找出一种先确定力学模型,再调整优化设计参数的基坑支护设计方法。本文的结论与建议对于本公司和其它企业今后承担类似工程项目具有指导意义和很好的参考价值。