基于凍融循環(huán)作用的基坑變形機理及支護(hù)方案優(yōu)化研究.pdf

1、隨著城市地下空間開發(fā)與利用，開挖深度大、平面形狀復(fù)雜的深基坑數(shù)量不斷增加，而深大基坑經(jīng)常面臨因施工周期長出現(xiàn)越冬的問題.由于現(xiàn)有基坑支護(hù)設(shè)計規(guī)范中并未考慮凍融作用的影響，依照規(guī)范施工，可能會造成支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑土體的過大變形，甚至破壞失穩(wěn).雖然這一問題已引起人們的重視，但從機理上的研究尚未深入，尤其對于季節(jié)性凍土地區(qū).由于考慮凍融作用的基坑土體應(yīng)力場-溫度場-滲流場三場間耦合作用與基坑土體支護(hù)方案優(yōu)化的研究相對較少，所以研究凍融循環(huán)作用下

2、基坑變形機理及支護(hù)方案優(yōu)化是十分必要的.
　　論文以毗鄰沈陽市政府的東森CBD商務(wù)廣場二期基坑工程為背景，以凍土力學(xué)、熱力學(xué)、滲流力學(xué)、基坑工程學(xué)等相關(guān)知識為理論基礎(chǔ)，通過室內(nèi)土工試驗、凍土三軸試驗、土體凍融特性試驗獲得土層基本參數(shù)，并總結(jié)了季節(jié)性凍土在凍結(jié)和融化過程中，土體參數(shù)和力學(xué)性能隨不同物理狀態(tài)條件（圍壓、凍結(jié)溫度、凍融循環(huán)）下各變量（含水率、孔隙比、于密度、壓縮模量、彈性模量、強度等）的變化規(guī)律，為數(shù)值模型的構(gòu)建和數(shù)值計

3、算提供基本參數(shù);采用凍融試驗中考慮凍融作用影響所獲得的土層參數(shù)，建立考慮凍融作用影響的水熱力三場耦合數(shù)值計算模型，得出考慮凍融作用的基坑變形規(guī)律;設(shè)計基坑模型實驗?zāi)M凍融循環(huán)作用下基坑在越冬過程中的溫度環(huán)境，揭示基坑支護(hù)在凍融作用下的變形和內(nèi)力規(guī)律，并將模型實驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行對比，驗證考慮凍融循環(huán)作用影響的水熱力三場耦合模型預(yù)測基坑變形規(guī)律的正確性，實現(xiàn)了考慮土體凍融循環(huán)作用的水熱力三場耦合分析，從理論上完成了季節(jié)性凍土區(qū)凍融循

4、環(huán)與水-熱-力耦合作用下基坑變形規(guī)律研究，對于越冬基坑的支護(hù)方案優(yōu)化具有理論和應(yīng)用價值.通過系統(tǒng)研究沈陽季節(jié)性凍土地區(qū)基坑變形機理及支護(hù)方案優(yōu)化，得出以下主要結(jié)論:
　　(1)最佳含水率是含水率在凍融循環(huán)中對壓縮模量影響程度的界限標(biāo)志:當(dāng)小于最佳含水率時，首次凍融循環(huán)后壓縮模量降低幅度較大;當(dāng)大于最佳含水率時，壓縮模量受含水量影響不明顯;隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，彈性模量先降后增，第1次凍融后的變化幅度最大，經(jīng)歷5～9次凍融循環(huán)后，

5、彈性模量降到最低點，并趨于穩(wěn)定.
　　(2)凍融作用對孔隙比隨著含水率的增大先減后增的規(guī)律基本無影響，凍融后土樣孔隙比減小，干密度的增大會減弱凍融作用對孔隙比影響程度，當(dāng)干密度增大到一定程度后影響可忽略;試樣含水率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加緩慢增大趨勢在凍融循環(huán)超過3次后趨于穩(wěn)定;隨著凍融次數(shù)增加，粘聚力c呈現(xiàn)降低的趨勢，而內(nèi)摩擦角ψ有增大趨勢;
　　(3)初次凍融循環(huán)對土的結(jié)構(gòu)性擾動最大，多次凍融循環(huán)后土樣強度有所恢復(fù).當(dāng)圍壓

6、較小時，凍融后土的強度損失較大，隨著圍壓提高，受凍融影響不明顯;含水率的提高會使應(yīng)力—應(yīng)變曲線由硬化型向弱軟化型轉(zhuǎn)化，在高圍壓條件下尤為顯著;凍結(jié)溫度條件對土樣凍融后的破壞強度影響顯著，土樣的破壞強度，在經(jīng)歷5～7次凍融后強度會達(dá)到最低值，建議沈陽地區(qū)凍土工程設(shè)計時可參考凍融循環(huán)7次時的力學(xué)指標(biāo);
　　(4)通過基坑模型實驗得出:樁的埋深對腰梁位移影響顯著，整體趨勢為埋深越淺，腰梁位移越大，支護(hù)結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定;在凍融循環(huán)下樁間和樁后

7、土壓力分布隨樁的埋深不同差異顯著:埋深越淺土壓力分布越復(fù)雜，隨凍融循環(huán)土壓力不規(guī)則波動;樁間和樁后土壓力隨土溫變化顯著，在凍融循環(huán)前期、中期土溫度較為穩(wěn)定，但土壓力波動明顯;在凍融循環(huán)后期土壓力基本穩(wěn)定，溫度也無較大改變;樁后土壓力分布隨深度不同分布規(guī)律不同.
　　(5)建立了考慮凍融作用的三維數(shù)值模型，對越冬基坑降溫過程進(jìn)行數(shù)值模擬，從數(shù)值計算結(jié)果云圖中顯示，從0℃降至-10℃的降溫過程的基坑位移量最大，基坑的變形受溫度影響在基