参数空间变异性对深基坑悬挂式封闭止水体工作性状影响分析

摘要

悬挂式止水帷幕配合坑底被动区加固的封闭止水技术既能克服深厚软土区落底式止水帷幕施工难度大、造价高的缺陷，又可以较好地控制软土深基坑支护体系水平挠曲变形及其衍生环境负面效应，已被工程界广泛接受。但是，不管是采用深层搅拌工艺还是高压旋喷工艺，都很难在深层实现固化剂与原位土体的均匀混合，导致悬挂式止水帷幕和坑底被动加固区的材性参数表现出极强的空间变异性，这势必会对深基坑安全带来极大的不确定性。因此，本文旨在探究止水帷幕和加固区水泥土材性参数空间变异性对深基坑变形、阻水效果及抗突涌稳定性的影响规律。具体工作包括： (1)广泛查阅工程案例试验资料，统计了水泥土材性参数空间变异性特征。统计结果表明：水泥土无侧限抗压强度呈现对数正态分布形式，其变异系数范围在0.2～0.8之间。随后，基于水泥土统计参数和Karhunen-Loeve级数展开理论，编写了生成单参对数正态随机场程序，得以在较少随机变量的前提下生成与网格单元不耦合的随机场，极大的提升了运算效率。 (2)基于随机有限元模拟方法，分别探究了悬挂式封闭止水体参数空间变异性对深基坑变形、止水体阻水效果和坑底抗突涌稳定性的影响规律。研究结果表明：不考虑参数空间变异性会明显高估深基坑的安全性指标；考虑参数空间变异性时深基坑的响应指标(包括地表沉降、支护结构挠曲变形、降水过程中基坑涌水量和坑底抗突涌稳定安全系数等)符合正态分布形式；响应指标的变异系数一般在0.01～0.07范围内，且随着相关距离和变异系数的增大，响应指标的不确定性逐渐增强。 (3)对比分析了确定性设计方法和考虑参数空间变异性的可靠度设计方法之间的差异，建立二者之间的联系，提出了深基坑悬挂式封闭止水体等效确定性设计流程。该流程在不改变常规确定性设计框架的前提下，实现了等效考虑水泥土参数空间变异性影响的目标。最后，基于该设计流程，对确定性设计方法中基于分位值理论的参数设计值进行标定。

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