既有建筑复合地基对基坑土压力的影响研究

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城市化进程的加速,不仅使我国高层建筑得到快速发展,地下工程特别是基坑工程在数量和规模上也得到前所未有的发展机遇。城市建设用地的日益紧缺使得建筑密度越来越大,拟开挖基坑的周边环境条件更加复杂。相应地,基坑工程的设计和施工需要考虑与坑边既有建筑间的相互影响,特别是坑边既有建筑对基坑土压力计算模式的影响,成为基坑工程设计所需要考虑的首要问题。目前规范有关土压力计算的规定考虑了天然地基形式下建筑荷载所产生的附加应力。当既有建筑采用复合地基形式时,由于复合地基的材料组成和荷载传递方式的复杂性,使得土压力呈现出特殊的分布规律,无法用现有土压力理论直接计算,因此研究既有建筑复合地基情况下基坑土压力的分布特点和计算方法显得尤为重要。本文在总结前人研究的基础上,采用理论推导和数值模拟的方法重点研究了采用复合地基形式的既有建筑对基坑土压力的影响,并对此情况下的土压力计算进行探索性研究,具体研究工作和取得的成果如下:(1)对基坑与邻近建筑地下室之间形成的有限土体产生的土压力进行了理论公式推导。研究了土体滑裂面倾角和主动土压力系数随土体参数的变化规律,将有限土体土压力结果和库伦土压力进行对比分析,得出了有限土体土压力随着土体宽高比增大而逐渐趋近于库伦土压力的结论。(2)基于复合地基的等效实体法概念,假设复合地基与支护结构之间的有限土体承受沿土体深度均匀分布的侧摩阻力和侧压力,建立了土压力计算模型,给出了有限土体土压力、滑裂面倾角、主动土压力系数的计算公式。并通过具体算例,得出滑裂面倾角和主动土压力系数随侧向作用力和有限土体宽高比的变化规律。(3)采用数值模拟方法研究了既有建筑的地基形式分别为天然地基和复合地基时,支护结构的变形和土压力的分布规律。将结果与不考虑既有建筑的情况进行对比,得出既有建筑复合地基对基坑开挖的影响。(4)根据现有考虑建筑荷载作用的土压力计算理论,提出了既有建筑采用复合地基形式时基坑土压力计算的等效处理方法:当邻近建筑采用复合地基时,将作用在复合地基基础顶部的荷载,按两个不同的荷载分配系数分配于天然地基基础顶面和桩端土体顶面。并改变模型中复合地基的相关参数验证了该方法的适用性。(5)模拟了既有建筑采用水泥土桩复合地基时基坑的开挖过程。将水泥土桩和土看做一种复合材料,赋予其综合强度指标和变形指标,观察两个指标的变化对基坑土压力和变形的影响,研究表明:复合材料的强度指标是影响基坑土压力的主要因素,复合材料的强度越高,土压力和水平位移越小。
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