文档介绍：上海交通大学
博士学位论文
圆形基坑土压力分布模式研究
姓名:刘发前
申请学位级别:博士
专业:结构工程
指导教师:王建华
20080701
圆形基坑土压力分布模式研究摘要土压力是作用在挡土结构上的主要外荷载之一,同时也是基坑围护结构设计分析的关键因素。目前土压力的发展仍不能满足实际工程的需要,有待于进一步的研究。圆形基坑的围护结构为筒形地下连续墙,作用在其上的水土压力相互抵消,呈现出主要受压的特性,能更好地发挥混凝土的良好抗压性能。另外,由于基坑周围土体的环向拱效应的影响,作用在筒形地连墙上的土较大的误差。由此可见,对圆形基坑土压力进行研究具有很强的理论和现实意义。鉴于目前对圆形基坑土压力研究比较缺乏,本文以上海世博Ⅳ地下变电站工程为背景,以理论研究为主,并对背景工程和上海交通大学深水试验池工程进行现场监测,辅以数值模拟,系统研究圆形基坑土压力的分布模式,提出合理的计算方法,发展圆形基坑土压力理论,为圆形基坑嗣护结构的设计提供参考。本文的研究主要针对于筒形围护结构发生了向坑内的位移,坑外土体处于主动状态形基坑主动土压力亦由土体重度、粘聚力和堆载引起,分析了土体重度、土体粘聚力、内摩擦角、堆载和基坑半径对土压力的影响。验证叠加原理的可行性,建议采用类似于平面土压力的表达式,将圆形基坑主动土压力表示为土压力系数的函数形式,并在后续章节中给出土压力系数的结果,岫猿苹葡叻ń徊酵卣挂钥悸遣痪壬踔寥我夥植嫉亩言亍⑶揭煌良淠Σ痢⒌孛娴坡度、支护结构的倾角鞘、土体分层和地下水渗流等因素。系统地研究以上因素对圆形基坑主动土压力的影响。堆载的分布形式决定了地面的边界条件,将影响滑动区域的应力状态和作用在围护结构上的土压力。在墙一土间摩擦、地面坡度和支护结构倾角同时存在的一般情况下,根据以上参数值,提出了两种破坏模式并给出适用范围;采用滑移线法分析了堆载分布、墙一土间摩擦角、地面坡度和支护结构倾角对滑动土体体积和主动土压力分布的影响。将墙后滑动楔体区域分为主动变形区、对数螺旋区和被动变形区,假定主动变形区和被动变形区内第一主应力方向不变,滑移线为直线,推导了一般情况下圆形基坑主动土压力的解析解。将土层分界面作为应力间断面,导出了间断面两侧第一主应力方向和平均应力的关系,提出了适用于分层土的迭代计算公式,。分析表明上软下硬的压力与平面土压力不同。一般来说,前者与后者相比偏小,因此,圆形基坑越来越受到岩土工程师的青睐。然而,实际工程中人们还是用朗旨或库仑理论来计算圆形基坑土压力,这必然将引起的情况,主要内容包括以下几个方面:捎弥岫猿苹葡叻ǚ治隽嗽残位又鞫裂沽Φ奶匦浴;谇叭说难芯拷峁衔T以供设计参考。汉=煌ㄈ搜Р㊣Щ凼摘要
土层分布方案优于上硬下软的方案。分析了“水十合算”、“水土分算”和“考虑渗流的水十分算方法”的差异,通过假定流线为通过墙脚的直线,计算了渗透力并提出考虑地下水稳定渗流的圆形基坑主动土压力滑移线解。分析了墙体入土深度对圆形基坑水土压力的影响。捎没葡叻ê图蚧葡叻ǚ治隽朔羌拮刺残位油裂沽Φ男宰矗⑼萍錾杓撇用。目前地下结构的设计多以变形为控制标准,支护结构的变形受到严格限制,墙后土体很难达到完全主动状态,因此实际土压力应介于静止土压力和主动土压力之间。定义环向应力系数等于环向应力和第一主应力之比,并将之引入极限平衡方程,重新推导了极限平衡微分方程并给出了迭代计算公式。分析了环向应力系数对土压力影响。提出“初始主动状态”和“完全主动状态”的概念,完全主动状态的土压力比实际土压力小,不能用于实际工程设计,“初始主动状态”土压力具有更强的参考价值。“完全主动状态”下,环向应力系数恒等于欢诖锏健巴耆鞫态”以前,环向应力系数并非定值,应当介于途仓雇裂沽ο凳洌乔教逦灰坪涂占渥的函数。假定环向应力系数自墙一土接触面至破坏面由咝缘菁踔罥,给出了“初始主动状态”土压力结果。分析了土体动用内摩擦角和墙一土摩擦角随墙体位移的发展,考虑到墙后土体的应变特性,认为两者并不完全同步。整个滑动区域的土体动用内摩擦角在“完全主动状态”时完全发挥,而墙一土间摩擦角在“初始主动状态”即完全发挥。考虑了土体动用内摩擦角、墙一土间摩擦角和环向应力系数随墙体位移的变化,给出了非极限状态下圆形基坑土压力的滑移线解和简化滑移线解。滑移线解的精度较高,适用于平移模式的单一均匀土;简化滑移线解适用于任意变形模式的分层土,其精度亦与滑移线法相差不大。分析了圆形基坑土压力随墙体位移的变化。当墙体位移为保糜ξ>仓雇裂沽ΑS捎诨废蛴αΦ耐饫┬в环向拱效应残位泳仓雇压力系数和主动土压力系数均比朗肯结果小,并与基坑深径比有关。分析了几种典型位移模式下土压力的分析性状。搜集了国内外部分圆形基坑的实测数据,分析了实测