地下開挖導致鄰近砌體古建筑物損壞評價及其保護研究.pdf

1、二十一世紀是人類開發(fā)和利用地下空間的世紀,現(xiàn)代化的大都市走立體化開發(fā)之路,加強地下空間的開發(fā)和利用是未來發(fā)展的必然趨勢。據(jù)北京市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案,到2020年全市軌道交通里程將超過1000公里,未來10年內(nèi),軌道交通里程將以每年40公里的速度增長。在地下空間開發(fā)、地下交通的建設時,各種地下施工方法都會不同程度地對開挖體周圍土體造成擾動、引起地表變形,并對地面的各類建筑會造成影響甚至破壞,而北京是一個匯集了無數(shù)名勝古跡、建筑和園林的歷

2、史名城,許多文物古跡可能因此而受到影響。因此有效地解決好城市建設與文物保護二者的矛盾,評價地下開挖造成的臨近建筑物的損害,并采取有效措施保護這些建筑,無疑對于北京的地下空間開發(fā)、地下交通體系的構成有重要的意義。 本文依托北京市自然科學基金項目“地下開挖導致臨近古建筑物損壞評價及其保護研究”(8062007)、“淺埋大型地下空間開挖誘發(fā)地表變形的預測與控制”(8022005),根據(jù)北京地區(qū)古建筑物基礎與結構形式、北京地區(qū)的地質(zhì)條件

3、、隧道施工方法的特點,主要從地下開挖工程中土體本構模型的選取、開挖效應的模擬、砌體建筑物的損害評價、工程實例分析與保護等四個方面進行了相關的分析與研究,具體的研究內(nèi)容和取得的成果如下： 從彈性條件下圓形隧道的開挖所引起的圍巖應力變化特征分區(qū)入手,對開挖條件下的應力路徑進行歸類,比較不同模型在均質(zhì)粘性土中開挖隧道時的應力分區(qū)和塑性區(qū)分布特點,得出適合于地下工程開挖的模型。針對北京的地層特點和現(xiàn)有巖土工程測試技術,提出了基于FLAC

4、和內(nèi)置語言FISH控制技術的模型參數(shù)的判斷與輸入方案。 基于FLAC數(shù)值方法和典型盾構開挖沉降曲線,提出了基于應力釋放法的搜索應力釋放率控制標準,并通過該法對影響地表沉降的因素進行了分析,包括隧道埋深、開挖斷面大小、土體內(nèi)摩擦角,比較了這些因素對地表沉降的重要性影響程度。 采用應力釋放法研究了隧道開挖造成的圍巖應力狀態(tài)、圍巖壓力的分布形態(tài)和圍巖的有效加固區(qū)域。發(fā)現(xiàn)隨著應力釋放率的增加,圍巖壓力圖由開挖前初始的橢圓形向近似

5、四邊形發(fā)展,塑性區(qū)和圍巖壓力松動區(qū)之間呈現(xiàn)互動關系；隧道上部,從隧道的拱腳至拱頂,圍巖加固對地表沉降的影響逐漸減弱；對比隧道上、下圍巖的加固效果,發(fā)現(xiàn)上部圍巖的加固效果強于下部,隨著應力釋放率的增加,這種差距呈不斷擴大趨勢。 根據(jù)典型工程實測資料對應力釋放法和間隙法進行了改進,并對這兩種方法的適用性進行討論。對于間隙法,根據(jù)各種不同位移偏移量下對實測資料進行擬合結果,認為位移偏移量的合適值為0.8～0.9;總結了224種不同應力

6、釋放參數(shù)下的土體位移計算結果,發(fā)現(xiàn)隨著隧道埋深與直徑比(H/D)的增大,平均應力釋放系數(shù)先減少后增大,應力釋放不均勻系數(shù)不斷減少；在H/D相同的情況下,隨著開挖面積的增大,平均應力釋放率有減少并穩(wěn)定的趨勢?；陔x散元能量計算原理,把古建筑物簡化為一平面墻體,提出了利用在位移加載過程中“吸能”和“耗能”能力的變化特征來評價建筑物損害程度?；诖?研究了墻體高度、隧道與墻體的不同位置關系、磚塊體大小對損害程度的影響規(guī)律。探討了基于離散元和F