论文部分内容阅读
我国是世界上已规划地铁项目最多的国家之一,目前已在35个城市中兴建地铁线路和车站。众多地铁车站的基坑施工必将对周边环境造成一定影响,主要是可能引起周边已有建筑的沉降和变形。由于地质条件、基坑方案、建筑结构等因素,基坑施工影响周边建筑的机理非常复杂,而传统的理论、经验方法难以全面地反映上述因素。因此,在基坑施工之前,很难准确地预测建筑的沉降和变形,也很难合理地评判建筑面临的风险状况。本文采用数值模拟与实测分析、参数反演、模糊风险评判相结合的方法,深入研究砂土/硬黏土层中的基坑施工对周边高层建筑的影响,并在地铁车站的基坑工程中展开了研究应用。在研究过程中,针对建筑沉降预测结果的不确定特性,大致按照“发现问题、实测验证、提高准确性、风险模糊评判”的技术路线来撰写。本文的主要研究内容和成果有:(1)数值模拟。总结并分析前人在基坑及建筑模拟方面的经验方法,确定了土体本构模型、建筑、模型计算区域、围护结构、地应力等对关键内容的模拟方案;对不能完全确定的内容则采用多种模拟方案的组合;采用Abaqus软件,对某地铁车站基坑建立3个有限元模型并展开模拟应用,得到了一些有意义的模拟结论。成果:提出了基坑模型的计算区域试算流程;对不能完全确定的土体弹性模量、基坑渗流、内支撑采用多种方案组合;根据工程应用的结果,揭示了建筑的模拟沉降量和倾斜度存在不确定的数值范围;影响建筑沉降计算值的模拟因素从大到小依次是降水方案、土体参数方案、支撑模拟方案;建筑沉降与土体的弹性模量可能成反比关系。(2)实测分析。对某车站基坑周边的地下水位、地下连续墙侧移、坑外地表沉降分布、周边建筑沉降变形的实测数据进行统计分析,并与有限元模拟结果、相关的统计经验进行对比。成果:验证了本文有限元模拟的方案和结论基本上是合理的;在砂土/硬黏土的二元结构土层中,基坑周边高层建筑的实测沉降量和倾斜度都较小;高层建筑的最大沉降值、差异沉降与建筑长宽比呈反比,而最大倾斜度、挠度比与其距基坑的距离呈正比。(3)参数反演及沉降预测。对比了多种试验设计方法的特点;根据原理和使用方法上的优点,采用均匀设计法来设计试验方案;根据土体弹性模量与坑外沉降模拟值之间的关系,选择了简单合理的参数回归方法;在某车站基坑的施工监测过程中,展开了数值模拟和参数反演应用,动态预测后续施工阶段的坑外沉降量。成果:首次在基坑土层参数的反演和地层位移的预测中引入了均匀设计法,减少了试验次数且不失精度,体现了均匀设计法与数值法相结合的优势;在其它条件不变的情况下,一些测点的沉降模拟值与土体弹性模量存在线性关系;通过参数反演来预测坑外沉降的准确性优于传统的经验方法。(4)建筑风险的模糊评判。选择了建筑的最大沉降值、最大倾斜度、损伤系数,来综合评判建筑的风险;针对评价指标的不确定性,引入三参数区间数来描述;根据建筑风险和三参数区间数的特点,提出了基坑周边建筑风险评判的流程;对距离某车站基坑最近的砖混结构进行了风险评判应用。成果:提出了评判基坑周边建筑风险的简化模型;引入损伤系数来描述建筑损伤状态,并按相关规程作了合理修正;引入三参数区间数来描述指标,并给出了可能度的积分解;提出了S型可变模糊隶属函数;引入并修正了超标加权法;在实际工程中的风险评判结果明确、统一且合理,优于传统的经验方法。