城市地下結(jié)構(gòu)施工對鄰近構(gòu)筑物影響的研究.pdf

1、在日益發(fā)展的城市化進程中,密集的高層與超高層建筑和發(fā)達的地下交通網(wǎng)絡(luò)已成為城市必不可少的重要組成部分?；庸こ坛Ｌ幱诿芗募扔薪?構(gòu))筑物附近,基坑施工受到了更加嚴格的環(huán)境制約。預測基坑施工引起的變形及其對周邊環(huán)境的影響,對于城市中心地區(qū)深基坑的設(shè)計與施工具有重要指導意義,為了更好跟有效地保護鄰近建筑物的安全,在深基坑工程中,對開挖卸荷力學效應的研究變得更加意義重大。
　　在眾多對基坑工程變形與穩(wěn)定研究中起到重要作用的因素中,土體

2、抗剪強度和本構(gòu)模型是最為關(guān)鍵的,而它們的準確性與土體應力路徑有著密切的關(guān)系。本文結(jié)合廣州中心城區(qū)深基坑工程實踐,采用試驗研究、理論分析、數(shù)值模擬等方法,對城市地下結(jié)構(gòu)施工對周邊環(huán)境的影響進行了研究,取得了以下創(chuàng)新性研究成果。
　　1.對廣州市的地質(zhì)分區(qū)進行調(diào)研,給出廣州市各巖土環(huán)境分區(qū)對地下工程適應性的評價,確定了中心城區(qū)典型土體為研究對象,結(jié)合廣州市崗頂酒店基坑工程,采用SLB-1型應力應變控制式三軸剪切滲透試驗儀,對基坑開挖影

3、響范圍內(nèi)的淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土層進行了常規(guī)三軸試驗和考慮應力路徑的k0固結(jié)卸荷試驗,對土體的抗剪強度指標與應力應變關(guān)系的差異在不同固結(jié)壓力和應力路徑條件下進行對比分析了。試驗結(jié)果表明:前期固結(jié)壓力對土體強度的影響比較大,k0固結(jié)后土體的強度比等壓固結(jié)的強度高,在土樣同屬于壓縮剪切破壞的情況下,加載條件與卸載條件下土樣的破壞強度相差不大。土體孔隙水壓力的隨軸向應變的變化規(guī)律與土體的平均固結(jié)壓力、土質(zhì)以及應力路徑有關(guān),對于常規(guī)三軸試驗、k0固

4、結(jié)加載試驗以及側(cè)向卸載試驗,孔隙水壓力的隨軸向應變的變化趨勢可以用指數(shù)衰減性的函數(shù)曲線來擬合,而軸向卸載試驗中孔隙水壓力的隨軸向應變的變化趨勢可以用兩段二次拋物線的函數(shù)曲線來擬合,總的來說,土體的平均固結(jié)壓力越大、塑性指數(shù)越高孔隙水壓力上升得越快,臨界孔隙水壓力越大。
　　2.基于不同應力路徑下土體試驗的結(jié)果,驗證了k0固結(jié)條件土體在不同應力路徑下（公式略）關(guān)系曲線存在很好的線性關(guān)系,說明k0固結(jié)條件下卸荷狀態(tài)下的（σ1-σ3）-

5、ε曲線能夠用雙曲線來擬合,以此為基礎(chǔ),把土體在不同應力路徑下非線性彈性模型的切線模量表達式推導出來,給出了土體卸荷非線性彈性本構(gòu)模型參數(shù)的確定方法。通過對（σ1-σ3）-ε曲線的分析,得到:初始切線模量與應力路徑、土質(zhì)以及平均固結(jié)壓力有關(guān),土體的平均固結(jié)壓力越大隨之塑性指數(shù)越低初始切線模量也越大;軸向卸載的初始切線模量值最大、側(cè)向卸載的初始切線模量次之、軸向加載的初始切線模量最小;軸向加載的初始切線模量與圍壓的關(guān)系可以用冪函數(shù)來表示,而

6、側(cè)向卸載、軸向卸載的初始切線模量與圍壓成線性關(guān)系。
　　3.基于MIDAS/GTS有限元分析軟件,采用土體卸荷非線性彈性本構(gòu)模型,從基坑開挖施工全過程、基坑開挖的空間作用、盾構(gòu)隧道等效剛度折算系數(shù)大小、隧道所處土層彈性模量大小等來研究基坑開挖對下方盾構(gòu)隧道變形的影響,并結(jié)合崗頂酒店基坑工程實例進行分析。分析表明,隨著基坑開挖,下方隧道豎向位移的增量比水平位移的增量要大,總體來說,深基坑開挖引起隧道的變形以豎向變形為主。盾構(gòu)隧道變形

7、主要受其上方基坑開挖的影響,隧道上方的基坑開挖,對隧道變形的影響程度較小。
　　4.通過引入盾構(gòu)管片的等效縱向剛度、等效橫向剛度,來簡化盾構(gòu)管片的計算模型?；贛IDAS/GTS有限元分析軟件,采用土體卸荷非線性彈性本構(gòu)模型,從鄰近隧道的空間相對位置、盾構(gòu)隧道等效剛度折算系數(shù)大小、隧道所處土層彈性模量大小等來研究隧道施工對下鄰近隧道的影響。分析表明,在盾構(gòu)隧道下方,沿著盾構(gòu)隧道方向修建隧道(0°)時,上方盾構(gòu)的變形也是沿著全長范圍

8、的,受新建隧道的影響最大。當盾構(gòu)隧道和新建隧道夾角45°和90°時,上方盾構(gòu)隧道管片變形分布具有明顯的對稱性,沿著盾構(gòu)隧道向兩邊延伸,新建隧道對其的影響逐漸減弱。兩隧道夾角45°～90°之間,交疊處影響效果很接近;45°時的情況下兩隧道交疊范圍較大,因此其影響范圍也相對較大,所以沿著盾構(gòu)隧道兩個方向上,盾構(gòu)管片變形減小的速率要小。
　　5.結(jié)合崗頂酒店基坑工程實例,引入遺傳算法對傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行改進,通過遺傳算法搜索,確定了

9、該樣本參數(shù)下最優(yōu)的隱含層節(jié)點數(shù)及最大循環(huán)次數(shù),通過自學習與訓練確定了最優(yōu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值參數(shù),提出了深基坑開挖沉降及水平位移預測的基于遺傳BP網(wǎng)絡(luò)建模方法,實現(xiàn)了降低巖體力學參數(shù)的變異性所對模型造成的誤差,僅在一定范圍內(nèi)取值計算,其預測結(jié)果的精度得到保證,通過實例預測可以看出,四組預測值與實測值中最大的絕對水平位移誤差為0.25mm,最大的沉絕對沉降位移誤差為0.09mm;最大的相對水平位移誤差為1.7％,最大的相對沉降位移誤差為1.57