深圳地区典型地质基坑开挖引起坑底回弹变形研究

摘要

近年来，深圳地区地铁车站、地下建筑等基坑工程不断朝着多、大、深、密等方向发展。为确保基坑工程的顺利完成，坑底回弹变形作为评价基坑稳定性的重要指标，应在基坑开挖之前做好准确的分析与计算。然而，深圳地区有其独特的地质和工程条件，现有的坑底回弹变形研究相对较少，其他地区的研究成果并不完全适用。因此，需要针对深圳地区典型地质进行坑底回弹变形规律分析和计算方法等方面研究。
　　本文结合深圳地铁车公庙站物业大厦基坑工程，研究了深圳地区典型地质基坑开挖引起的坑底回弹变形问题。通过土的固结试验，分析了深圳地区6种典型土层的卸荷回弹变形规律，得出了上述土层的回弹模量计算公式。应用三维有限元分析软件，考察并采用修正剑桥模型作为深圳典型土层的本构关系模型，模拟计算了3种深度基坑开挖引起的坑底回弹变形。基于试验数据并将数值模拟结果与现有坑底回弹变形计算方法结果相对比，分析了各方法在深圳地区的适用性。针对深圳地铁车公庙站基坑工程实例建立了三维有限元分析模型，通过对现场监测数据与数值模拟结果的对比分析，验证了数值模拟方法合理性与结果的准确性。通过数值模拟计算，研究了基坑开挖时间与空间效应以及复杂条件对坑底回弹变形的影响，提出了一种适用于深圳地区的坑底回弹变形的计算方法。主要得出以下结论:
　　(1)通过固结试验对深圳地区6种典型土层（杂填土、粉质黏土、粗砂、砾质粘性土、全风化花岗岩和强风化花岗岩）进行了研究，结果表明:深圳地区典型土层的回弹变形与卸荷比、土层类别和最大固结应力等因素有关;应用回弹指数求回弹模量的方法，能准确地考虑到上述因素对回弹模量的影响，适用于深圳地区典型土层回弹模量的计算。
　　(2)通过比较现有的坑底回弹变形计算方法在深圳地区的适用性，研究发现:自重应力抵消法机理明确，所需参数较少，回弹模量计算公式与本文试验验证的公式一致;并且，自重应力抵消法与规范方法和残余应力法相比，计算结果与数值模拟计算结果吻合程度较高，若对此方法加以修正则更适用于深圳地区。
　　(3)通过对深圳地铁车公庙站基坑工程实例的数值模拟分析，研究发现:基坑开挖的时空效应以及复杂条件（邻近既有建筑、工程桩、逆作法工序）等因素对坑底回弹变形均有影响，并基于数值模拟结果对自重应力抵消法的回弹量计算公式进行了修正。
　　(4)基于本文对坑底回弹变形机理、影响因素等各方面的研究以及对现有坑底回弹变形计算方法的对比与修正，得出一整套修正的坑底回弹变形计算方法。并且，采用修正的方法计算深圳地铁车公庙站物业大厦基坑工程实例，对比发现其计算结果与数值模拟结果基本一致，具有较高的工程参考意义。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 坑底回弹变形影响因素研究

1．2．2 坑底回弹变形计算方法研究

1．2．3 基坑开挖数值模拟研究

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容和方法

1．3．2 技术路线

2 土体卸荷回弹变形特性的试验研究

2．1 土体卸荷回弹机理

2．2 工程地质概况

2．3 室内固结试验设计

2．3．1 试验仪器及土样

2．3．2 加载与卸载方法

2．4 试验指标的计算方法

2．5 试验结果与分析

2．5．1 回弹率变化规律分析

2．5．2 压缩回弹变形曲线

2．5．3 再压缩变形曲线

2．5．4 回弹模量变化规律分析

2．6 本章小结

3 坑底回弹变形计算方法研究

3．1 现有方法计算坑底回弹变形

3．1．1 计算方法概述

3．1．2 规范方法计算实例

3．1．3 残余应力法计算实例

3．1．4 自重应力抵消法计算实例

3．2 数值模拟计算坑底回弹变形

3．2．1 计算模型概况

3．2．2 土层本构关系与参数选取

3．2．3 基坑开挖模拟方法

3．2．4 数值模拟计算结果

3．3 土体各项参数的影响

3．4 计算结果的对比与分析

3．4．1 影响深度计算结果对比

3．4．2 坑底回弹量增长情况对比

3．5 基坑开挖的时空效应分析

3．5．1 基坑暴露时间的影响

3．5．2 基坑宽度的影响

3．5．2 硬质地层与挡土墙的影响

3．6 本章小结

4 深圳地铁车公庙站基坑卸荷回弹特征分析

4．1 工程简介

4．2 物业大厦基坑开挖过程变形分析

4．2．1 模型尺寸与各部件参数

4．2．2 基坑开挖模拟方法

4．2．3 数值模拟计算结果

4．3 数值模拟与现场监测结果对比分析

4．3．1 基坑周边地表沉降的对比

4．3．2 基坑周边既有建筑位移的对比

4．3．3 挡土墙水平位移的对比

4．4 既有建筑及逆作法施工条件的影响研究

4．4．1 邻近既有建筑的影响

4．4．2 工程桩的影响

4．4．3 逆作法地下结构施工的影响

4．5 修正的坑底回弹变形计算方法

4．5．1 计算方法简介

4．5．2 方法的运用与验证

4．6 本章小结

5．1 主要研究结论

5．2 不足与展望

参考文献

作者简历

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