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基坑变形的时空效应介绍

333 2021-04-26 09:18:57

基坑工程具有显著的时空效应,尤其是位于软土地区的深基坑工程。基坑的平面形状、尺寸、开挖深度及开挖步骤等均对基坑的变形及其稳定性有较大影响,即表现为基坑工程的空间效应。对于软土地区的基坑工程,土体具有显著的流变性,尤其是对于软黏十,具有较强的蠕本性,作用在支护结构上的土压力将不断随时间发生变化,即表现为基坑的时间效应。因此,基坑工程的时间效应应给予足够的重视。

 基坑变形的空间效应

由于深基坑本身是一个具有长、宽和深尺寸的三维空间结构,其变形同土体的性质、基坑的形状与尺寸、支护系统的刚度等因素紧密相关,因而基坑支护系统的设计是一个复杂的三维空间受力问题。然而目前深基坑支护的设计与分析常忽略其空间效应的影响,而仅仅将基坑视为平面应变问题进行考虑,但诸多实践与理论证明平面应变受力状态仅仅适用于坑边较长且位于坑边中部截面的应力应变情况,而对于临近坑角的部位,其受力与变形则与平面应变状态有较大差异。因此,考虑三维空间效应对于基坑的受力与变形的计算分析有着重要的意义。

由前文的介绍可知,基坑的表现主要表现为围护结构的变形、坑底隆起及坑外土体的位移,然而基坑的三维空间效应,不仅表现在基坑的变形方面,也表现在基坑的受力方面,即基坑的变形与受力均随着与基坑角部相对位置的变化而变化,在邻近基坑角部的位置,基坑的变形往往很小,此时围护结构的受力也较为复杂,不仅包含相邻墙体之间的相互作用,也包含土体与墙体的相互作用,而随着同坑角相对距离的增大,基坑的变形逐渐增大,当坑边长度较小时,基坑变形的最大值发生在坑边中部,而当坑边长度较大时,在距离角部一定距离之外,基坑的变形则达到最大值并逐渐趋于稳定,此处围护结构的受力则相对简单,主要承受水土压力作用。

因此,基坑的三维空间效应主要体现为坑角效应,而坑角效应与基坑的形状和尺寸有着重要的关系。假设当基坑的边长尺寸趋于无限大时,无论基坑的形状如何,对于任意一边,其变形可以等效为平面应变状态,而不受基坑角部的影响,此时无论是基坑的阴角还是阳角,角部对大部分边长范围内的影响可以忽略,角部影响仅在坑角极小的范围内起作用。但实际工程中,基坑的尺寸有限,形状也受环境影响可能极不规则,因此坑角效应将较为明显,不论基坑的阴角还是阳角,其影响均不容忽略。其中,阴角部位常因相邻墙体及周边土体的相互作用约束使得位移较小;相反,阳角部位则稳定性较差,常产生较大的位移,需给予足够的重视。

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