富水厚砂卵石层基坑底加固的数值优化及稳定性分析

摘要

近年来，随着城市建设的不断发展，地铁的建设在各大城市兴起，在地铁的建设过程中深基坑工程是工程师们面临的首要问题，尤其是在地下水位较高的富水厚砂卵石层地区进行地铁建设，给设计和施工都带来了许多困难，众所周知地铁车站为了满足人们的出行便捷，往往会处于城市中心地带，这将面临着周边建筑密集，市政地下管线错综复杂等情况。研究表明，在深基坑工程中地下水是影响基坑稳定性的主要因素，处理不当可能会引起严重的工程事故，而基坑底加固作为止水的一项措施已被成功运用到各领域的深基坑工程中，然而目前对于基坑加固厚度的确定的相关研究较少，规范也没有提出明确的计算公式。本文将运用理论计算与数值模拟相结合的手段提出加固体临界厚度计算公式，并对某车站基坑底加固工程中加固体厚度进行了优化分析。本文依托长沙市地铁3号线某车站基坑工程，采用理论计算，数值模拟等研究手段对建筑密集区富水砂卵石地层地下水渗流，加固体厚度优化及基坑稳定性这几个方面展开了研究。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了基坑加固的目的、常用方法以及各加固技术优劣性，总结了前人在基坑加固以及基坑底板临界厚度研究方面取得的成果，着重分析了在富水砂卵石层中采取加固措施以及研究加固体厚度的意义。⑵依托长沙市地铁3号线某车站基坑工程，建立了富水砂卵石层中降水开挖的有限元模拟，分析了降水开挖过程中，地下水渗流作用对基坑的影响，结果表明，降水开挖过程中，地下水渗流的影响不能忽略，在围护结构底部渗流作用最大。渗流作用使得土体中有效应力增加促使其压密含水层，导致地表土层的不均匀沉降。而采用基坑底加固措施可隔断基坑内外的水力联系，阻止渗流作用的发生，适用于周边建筑物密集的富水砂卵石地层中。⑶在基坑底加固工程中，考虑到整体加固方案其加固范围内，被加固的原状土层已经转变为水泥土，而水泥加固土的抗剪能力以及抵抗基坑突涌能力有了很大的提升，在考虑加固体自身强度的条件下利用理论计算的方法对加固体厚度进行了优化分析，在考虑加固体抗剪强度后，其加固体厚度仅为实际工程中的32％。⑷运用有限元数值分析软件建立了理论计算所得加固体厚度的模型，利用软件中phi/c折减计算模块得到理论计算中加固体临界厚度条件下基坑的安全系数，并采用规范中的抗隆起计算方法进行对比，两者较为接近，均满足安全性的要求。基坑安全性随着加固体厚度，粘聚力和内摩擦角的增大而增大。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 基坑加固技术概述

1.3 基坑加固国内外研究现状

1.4 基坑底板临界厚度国内外研究现状

1.5 本文研究的主要内容

第2章 考虑地下水渗流的基坑开挖有限元分析

2.1 工程概况

2.2 渗流对基坑变形及稳定性影响的模拟研究

2.3 小结

第3章 基坑的抗突涌分析及加固体厚度优化研究

3.1 传统基坑突涌分析方法及改进思路

3.2 考虑加固体强度时临界厚度计算推导

3.3 加固体临界厚度验算

3.4 实例分析

3.5 同时考虑加固体自身强度和降水措施得到的临界厚度分析

3.6 小结

第4章 基于强度折减法的基坑稳定性数值模拟研究

4.1 概述

4.2 常用坑底抗隆起稳定性分析方法

4.3 有限元强度折减法原理

4.4 有限元数值模拟分析

4.5 基坑稳定性影响因素分析

4.6 小结

第5章 结论与展望

5.1 本文研究工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录B 攻读硕士学位期间获奖情况