CAJ | 학술논문

采用理论分析、数值模拟和物理模拟试验相结合的综合研究方法,对圆形深基坑中人工冻土帷幕的力学性能进行研究和探讨,为冻结法应用于深基坑支护工程提供理论依据.通过理论分析,证实圆形冻土帷幕嵌固深度和帷幕厚度的综合确定方法在大直径深基坑工程力学设计中是适用的.首先通过基坑抗隆起稳定计算确定冻土帷幕最小嵌固深度;然后通过抗滑动稳定、整体稳定和管涌等稳定性验算,作为帷幕嵌固深度的最终设计值;最后考虑冻土帷幕受均匀外载和不均匀外载,经过基坑整体稳定性验算,根据强度条件计算出的帷幕厚度作为帷幕厚度的最终设计值.利用理论分析和数值模拟计算,对深大圆形基坑非嵌岩条件下的冻土帷幕水平变形、坑底隆起变形和基坑周围地表沉降等基坑变形问题进行研究,提出了帷幕水平位移、坑底隆起变形和地表沉降的计算方法和计算公式,获得坑底最大隆起量、地表最大沉降量与冻土帷幕水平位移极值之间的近似比例关系,并且分析基坑周围各种建(构)筑物的安全范围,提出控制坑底隆起和周围地表沉降的安全技术措施.研究结果表明:(1) 基坑底部土体的隆起变形特征受冻土帷幕强度、厚度、基坑开挖半径和开挖深度的影响不明显,只是在量值上有所变化,在相同条件下,帷幕最大隆起量约为帷幕最大水平位移的5.2～7.8倍.(2) 基坑周围地表沉降量随基坑开挖半径和开挖深度的增大而增大,随冻土帷幕平均温度的降低而减小.(3) 基坑周围地表最大沉降量约在相同条件下冻土帷幕最大水平位移量24%～30%.利用自行设计加工的大型深基坑冻结模拟试验台,进行大直径圆形冻土帷幕受力与变形的物理模拟试验,获得深基坑开挖过程中圆形冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度、开挖半径和冻土平均温度等影响因素的变化规律和冻土的蠕变规律.试验结果同时表明:(1) 冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度和开挖半径的增大而增大,随冻土的平均温度降低而减小;(2) 冻土帷幕最大水平位移位置均出现在开挖面以下,一般出现在帷幕全深的0.7～0.8倍深度范围内;(3) 基坑开挖结束时,冻土帷幕内靠近冻结管断面的水平位移与内侧面水平位移之差仅有10.6%,明显不同于矿山凿井工程中的冻结壁变形规律. 採用理論分析、數值模擬和物理模擬試驗相結閤的綜閤研究方法,對圓形深基坑中人工凍土帷幕的力學性能進行研究和探討,為凍結法應用于深基坑支護工程提供理論依據.通過理論分析,證實圓形凍土帷幕嵌固深度和帷幕厚度的綜閤確定方法在大直徑深基坑工程力學設計中是適用的.首先通過基坑抗隆起穩定計算確定凍土帷幕最小嵌固深度;然後通過抗滑動穩定、整體穩定和管湧等穩定性驗算,作為帷幕嵌固深度的最終設計值;最後攷慮凍土帷幕受均勻外載和不均勻外載,經過基坑整體穩定性驗算,根據彊度條件計算齣的帷幕厚度作為帷幕厚度的最終設計值.利用理論分析和數值模擬計算,對深大圓形基坑非嵌巖條件下的凍土帷幕水平變形、坑底隆起變形和基坑週圍地錶沉降等基坑變形問題進行研究,提齣瞭帷幕水平位移、坑底隆起變形和地錶沉降的計算方法和計算公式,穫得坑底最大隆起量、地錶最大沉降量與凍土帷幕水平位移極值之間的近似比例關繫,併且分析基坑週圍各種建(構)築物的安全範圍,提齣控製坑底隆起和週圍地錶沉降的安全技術措施.研究結果錶明:(1) 基坑底部土體的隆起變形特徵受凍土帷幕彊度、厚度、基坑開挖半徑和開挖深度的影響不明顯,隻是在量值上有所變化,在相同條件下,帷幕最大隆起量約為帷幕最大水平位移的5.2～7.8倍.(2) 基坑週圍地錶沉降量隨基坑開挖半徑和開挖深度的增大而增大,隨凍土帷幕平均溫度的降低而減小.(3) 基坑週圍地錶最大沉降量約在相同條件下凍土帷幕最大水平位移量24%～30%.利用自行設計加工的大型深基坑凍結模擬試驗檯,進行大直徑圓形凍土帷幕受力與變形的物理模擬試驗,穫得深基坑開挖過程中圓形凍土帷幕水平位移隨基坑開挖深度、開挖半徑和凍土平均溫度等影響因素的變化規律和凍土的蠕變規律.試驗結果同時錶明:(1) 凍土帷幕水平位移隨基坑開挖深度和開挖半徑的增大而增大,隨凍土的平均溫度降低而減小;(2) 凍土帷幕最大水平位移位置均齣現在開挖麵以下,一般齣現在帷幕全深的0.7～0.8倍深度範圍內;(3) 基坑開挖結束時,凍土帷幕內靠近凍結管斷麵的水平位移與內側麵水平位移之差僅有10.6%,明顯不同于礦山鑿井工程中的凍結壁變形規律.
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