超深基坑分层降水开挖条件下坑内土体性状研究

论文摘要

在深基坑施工中,降水与开挖是分层相互交替进行的,坑内土体经历了反复加卸荷的作用,会改变土体的有效应力,产生变形等,从而土体的各种力学性状与单纯的考虑开挖卸荷或降水加荷不同。目前国内对此研究很少,本文以天津站交通枢纽工程为研究的工程背景,结合工程的实际工况并考虑上述问题,对超深基坑分层降水开挖下坑内土体力学性状的变化进行了研究,并取得了相应的成果:（1）通过对天津地区粉质粘土和粉土的分层降水开挖的三轴应力路径的试验模拟,考虑了降水对基坑土体的预压加固作用。试验结果表明,降水能显著减小基坑的回弹变形总量。在每一步的开挖中,考虑降水作用（忽略压密效果）土体的回弹量比仅考虑开挖的大,其比值在2.0-2.5之间。原因是降水作用使土体有效应力增加,导致考虑降水作用的每一步开挖卸荷量明显大于仅考虑开挖作用的开挖卸荷量。此外在软土地区,回弹变形的时间效应不可忽视。（2）通过三轴应力路径和渗透相结合的试验模拟,研究了降水开挖对于土体渗透特征的影响。对比单纯开挖,考虑降水影响后的渗透系数减少了12%,所以说降水的压密效应对于土体渗透性还是有一定影响的。（3）应用FLAC3D程序对比分析了考虑降水与不考虑降水进行基坑开挖的坑内土体的变形特征,并分析了不同的开挖深度、土性、以及地连墙深度的影响因素。（4）考虑到土体各向异性对于超深基坑变形特征的影响,用三轴试验和固结试验的方法研究了天津软土的固有各向异性。不同的切土方向制得的土样其不排水剪切最大主应力差以及初始切线模量是不同的。（5）对天津站综合交通枢纽工程一标段的实测资料进行分析,研究基坑变形（包括坑内立柱沉降、地连墙沉降、坑外建筑物沉降）随着相应的施工工况的进度而变化的趋势。尤其是基坑分层降水开挖对基坑坑内变形特征的影响效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 基坑开挖时的土体应力路径分析
• 1.2.2 基坑开挖复杂应力路径对土体抗剪强度的影响
• 1.2.3 基坑开挖复杂应力路径对土体变形特性的影响
• 1.2.4 基坑开挖复杂应力路径对土体渗透特性的影响
• 1.2.5 基坑工程的数值模拟分析
• 1.2.6 土体的各向异性研究
• 1.2.7 超深基坑工程适时监测与信息化施工技术
• 1.2.8 本文的工程背景和主要研究内容
• 第二章 降水开挖对坑内土体变形强度特征影响的三轴试验模拟
• 2.1 引言
• 2.2 超深基坑的逆作法施工
• 2.3 三轴试验过程
• 2.3.1 试验仪器简介
• 2.3.2 试验土样选取
• 2.3.3 三轴试验中土样的制备
• 2.3.4 试验方案制定
• 2.4 试验数据整理与讨论
• 2.4.1 轴向变形与剪切强度的讨论
• 2.5 结论
• 第三章 降水开挖对坑内土体渗透特性影响的三轴试验模拟
• 3.1 引言
• 3.2 渗透试验过程
• 3.2.1 试验仪器简介
• 3.2.2 试验土样选取
• 3.2.3 试验方案制定
• 3.3 渗透试验结果分析
• 3.4 结论
• 第四章 降水开挖造成坑内土体变形的数值模拟分析
• 4.1 引言
• 4.2 已有数值分析方法简介
• 4.3 有限差分原理
• 4.4 FLAC3D 程序原理
• 4.4.1 软件简介
• 4.4.2 本构模型
• 4.5 经历分层降水开挖的坑内土体变形的 FLAC3D 程序分析
• 4.5.1 问题陈述
• 4.5.2 模型参数的选择
• 4.6 结果分析
• 4.6.1 三种土性一次开挖考虑与不考虑降水的结果分析
• 4.6.2 三种土性三次开挖不考虑降水的结果分析
• 4.6.3 三种土性三次开挖考虑降水的结果分析
• 4.6.4 不同地连墙深度的结果分析
• 4.7 结论
• 第五章 天津软土各向异性三轴试验
• 5.1 引言
• 5.2 试验方案
• 5.2.1 试验仪器
• 5.2.2 试验内容
• 5.3 负三层原状土不同切土方向的固结试验
• 5.3.1 原状土样物理指标
• 5.3.2 试验方法
• 5.3.3 试验结果
• 5.4 负三层原状土不同切土方向的三轴不排水试验
• 5.5 结论
• 第六章 天津站交通枢纽工程实测数据分析
• 6.1 引言
• 6.2 工程概况
• 6.2.1 工程简介
• 6.2.2 结构设计
• 6.2.3 降水方案
• 6.3 工程地质及水文地质简介
• 6.3.1 工程地质
• 6.3.2 水文地质
• 6.4 土方开挖顺序及主要工况
• 6.4.1 土方开挖顺序
• 6.4.2 主要工况
• 6.5 基坑变形的实测研究
• 6.5.1 坑内33 和34 轴立柱沉降
• 6.5.2 坑内33 和34 轴附近地连墙沉降
• 6.5.3 周围建筑物沉降
• 6.6 结论
• 第七章 结论与展望
• 7.1 论文的主要研究工作及结论
• 7.2 今后研究工作的展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢