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在地下水位较高的地区,因基坑渗流导致的管涌、流沙等渗透破坏现象屡见不鲜。这一方面影响了支护结构的安全性,另一方面对基坑周围的环境造成了严重的影响。基于此,基坑降水和开挖中的渗流效应引起了许多学者和专家的重视。然而,现今大多数对于基坑中降水渗流效应的研究是将基坑的应力场与渗流场各自独立分析的,因此如何选择能够反映实际工程情况的计算方法和本构模型对基坑中的渗流耦合问题进行分析是学术界和工程界中亟待解决的重要问题。 本文依托邯郸金世纪基坑工程,通过对该工程现场监测项目以及监测点实测资料的整理和分析,总结出了在基坑施工过程中土压力、深层土体位移、锚杆轴力以及坑边地表沉降随地下水位的变化规律,并在朗肯土压力计算公式中考虑了渗透力的影响。根据基坑支护结构设计参数、施工现场水文地质条件以及施工工况建立了流固耦合数值分析模型,分析了桩身弯矩、坑外土体沉降、桩身水平位移随降水的变化规律,对采用强度折减法对基坑降水过程中基坑稳定系数的变化过程进行了描述,探讨了支护结构设计参数变化对基坑稳定性的影响,并给出了类似工程的合理建议值。本文的主要结论如下: (1)通过对现场实测资料分析可知,在基坑降水初期,基坑土压力、深层土体位移均有明显的增大的趋势,之后随着降水过程的推进土压力逐渐减小并趋于稳定值。考虑渗透力的朗肯土压力公式与实测值相比,较传统土压力计算公式误差较小。地下水位变化对土体力学性状具有明显的影响,从而导致锚杆轴力增大。 (2)通过建立基于FLAC3D的有限差分模型,分析了开挖降水过程中支护结构的内力与变形。在考虑基坑降水引起渗流效应条件下,支护桩桩身弯矩和水平位移较未考虑渗流的均有一定程度的增大。在一定开挖深度下,基坑降水初期,桩身弯矩和水平位移均略有增大;随降水深度增大,桩身弯矩和位移逐渐减小并稳定于某一值。故基坑降水初期,应加强对桩身位移的监测,并采取适当的加固措施。 (3)采用强度折减法分析了渗流作用下联合支护结构的稳定系数随开挖工况的变化规律。在类似工程中,以下设计参数是较为经济合理的:止水帷幕嵌固深度可选取0.9至1.0倍的初始坑内外水头差,支护桩入土深度可选取0.8至1.0倍的直立开挖深度,锚杆倾角的取值范围可选取为15°~25°。