城市建筑Ｉ岩土・基础工程ｌ ＵＲＢＡＮＩＳＭ ＡＮＤ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｉ ＧＲＯＵＮＤ ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 基坑围护结构土压力与变形探讨 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｐｉｔ Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ■叶勇能●ＹｅＹｏｎｇｎｅｎｇ 【摘要】根据基坑用护结构土压力的特点，分析土压力与位 移的关系，推导ｒ基坑开挖面上土体所能达到的主动土压 土体达到的主动压力主要指的是开挖面以上的墙后 土体部分。基坑墙体达到主动土压力所需要达到的 极限位移是不同与一般的刚性挡墙的极限位移的。 通过对墙后土体的变形进行相关分析，Ｃａｓｐｅ 认为应该将墙后土体分为三个区，取名Ａ区、Ｂ区、 ｃ区，具体的分区图如图１所示。其中，Ｃ区为未受 扰动的区域；Ｂ区是弹性平衡区；Ａ区是塑性平衡区。 应变的问题，就可以根据应变关系得到＾Ｆ列关系式： 力，围护结构墙体所要需要的极限位移相关计算公式，并 编写有限元程序Ｍｍｅｔｈｏｄ，程序的编写结合按弹性地基粱模 型。 假设土体的竖向应力不会随着侧向变形而发生 改变，则 ，为０，这时 的变化量就可以表示为土 体的静止土压力与主动土压力之差。 三、基坑围护结构土压力分析模型 对于基坑围护结构士压力的分析模型的选取， 一【关键词】基坑围护结构１：压力变形探讨 ｌＡｂｓｔｒａｃｔｌ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅ－ ｔｗｅｅｎ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｄｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｏｉｌ ｃａｌｌ ｒｅａｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｉｌｌ－ ｕＬａ ｔｈａｔ ｅｔｒａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ ｎｅｅｄｓ，ａｎｄ ｐｒｅｐａｒｅ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｐｒ－ ’ ． ／ 妙＼ 。 ‘， 般选取弹性地基梁模型来进行分析，将围护结构 用弹性地基梁进行简化，作用在弹性地基梁上的荷 载是基坑内外主动压力之差，用刚度较大的弹簧来 作为支撑的简化模型．用刚度较小的土弹簧来作为 土体的简化模型．通过弹性地基的内力方程及梁扰 度方程进行模型的分析。基坑的维护结构一般是选 用柔性结构，在开挖工程的实施过程中，会发生一 定的变形，用这种简化模型进行分析，与实际情况 会存在一些不Ｊ司。其简化模型如图２所示。 图１主动区土体变形分布 Ｃａｓｐｅ认为Ｂ区中各个点之间的水平应变 ｔｉ（ｈ）／‘・『Ｉ一（ 一￡．）／ ］会随着ｘ的增加而减小，并里 线性变化，式中Ｌ２表示的含义是Ｂ区土条的长度， ＝ｏｇｒａｍ Ｍｍｅｔｈｏｄ，ｐｒｅｐａｒｅｄ ｐｒｏｇｒａｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｆｏｕ－ ｎｄａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｍｏｄｅ１． ｘ的取值范围是在Ｌ ｌ的长度与ＬＩ、Ｌ２长度总和之 ＩＫｅｙｗｏｒｄｓｌ ｅｔｒｉｎｉａｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｏｉｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｄｉ－ ｓｃｕｓｓｉｏｎ 间，其中Ｌ２表示的是Ａ区土条的长度。 后来我国学者刘兴旺等人在Ｃａｓｐｅｚａ的理论基 础上，进行了一些改进，他们认为侧壁上的某点的 变形情况应该表示为土条的应变积分，如下式所示： Ｌ Ｌ＋厶 士压力的计算一直是一个工程难题，很难通过 简单的理论计算得出精确的数据。目前，关于土压 力的研究大部分都是关于刚性挡土墙的研究，即是 将墙后的土体看做一个整体来进行相关的研究与计 算，而对于土压力的受挡墙局部的变形的影响则不 Ｓ（ｈ）＝Ｉ ’ ｄｘ＋Ｉ，一ｓ口ｄｘ －ｑ ） 图２弹性地基梁简化模型示意阁 本文在研究的过程中，假定土单元是一个弹性 体，得到单元土体所能够达到的极限破坏时所需的 予考虑。在深基坑工程施工中，基坑的挡土结构大 多是由地下连续墙、连续排桩等柔性的挡土结构组 成。随着基坑开挖的深入，墙体会随之发生较大的 变形，土压力的分布会随着变形而受到一定的影响。 工程安全性与经济性良好的基础是能够正确的确定 土压力，本文将结合基坑围护结构土压力与变形的 线性关系，并结合弹性地基梁的模型，对基坑围护 结构的土压力进行分析。 一四、工程实例的分析 极限变形，这是通过莫尔应力圆得到的，并通过与 通过以上的研究方法，在某地铁车站的基坑工 Ｃａｓｐｅ的方法结合起来，以此得到基坑侧壁上某点 的极限位移。 一程中应用这种方法进行研究，该基坑的形状为长方 形，围护结构式钻孔咬合桩，开挖深度为１８．１ ｍ， 宽度为１８．９ ｍ，通过计算程序Ｍｍｅｈｔｏｄ对车站深基 坑开挖时围护结构的土压力与变形进行计算，改进 前后的墙体变形分别通过有限元程序进行计算，并 与实测值相比较．实测的最大位移值为３２．０７ ｍｍ， 采用规范的土压力分布模式进行计算所得的值为 ２５．１ ｆｉｌｍ．而运用位移相关的土压力分布模式进行计 算所得的值为３０．０７ ｍｍ。由此可见，考虑土压力与 位移关系的计算方式更加接近实测值。 五、结语 般情况下基坑的宽度要远远大于基坑的深 ， 度，假设图１中的对数螺旋线是通过桩端的，即 为了方便推导，可以将图中的厶、 实线进行简化， 使其通过ｄ、０点，其斜率如下式所示： ｋ，＝ｔａｎ（４５。一中／２） 、基坑围护结构土压力与位移之间的关系 关于土压力随位移的变化，国内外有很多学者 通过几何关系可以得到： 给出了相应的计算公式，但很多公式具有非常复杂 Ｄ，＝１０ ＝ ｃｏｓ（４５ ／２） 式中的Ｉｎ 是指Ｏｇ线段的长度。图中的： ＝ 的数学关系，计算起来非常麻烦，本文主要是要对 开挖面以上主动区的土压力随位移的变化进行研 究，对土压力与位移的关系，采用简单的线性公式 来予以反映。 采用如下的线性公式： ｒ Ａ ｌ ， ＝ｋｌ（Ｈ＋Ｄｒ），Ｉｏ，＝ｋｌＤｒ （３） 当Ｏ＜ｈ＜Ｈ时，墙体的侧壁的变形由三部分组成， 即Ａ、Ｂ、Ｃ三个区域变形的总和共同形成墙体侧壁 的变形，如果将Ａ区的土条的水平应变表示为￡ ，而 将Ｂ区各个点的水平应变用￡ 来表示，则得到￡ 的表 本文通过建立士压力与位移之间的线性关系来 对基坑围护结构的达到土压力状态所需要的极限位 移进行推导分析，并通过编写Ｍｍｅｔｈｏｄ程序在实例 中对考虑土压力与位移关系的计算方式进行验证。 但是在实际工程中影响围护结构变形的因素还有很 多，需要综合考虑分析。 参考文献 ［１］魏鉴栋，徐凌峰。凌道盛．位移相关 ：压力对深基 坑围护结构的影响［Ｊ］．低温建筑技术，２０１０（０５）． １１＝Ｐ 口＋ （ 一 ）０ △≤Ａ （１） 【 ： ， Ａ＞△ 示式为：￡，Ｆ￡＾［１一（ｘ—Ｌ１）／Ｌ２］，其中，ＬＩ＜ｘ＿＜Ｌ１＋Ｉ ２， 而Ｃ区的水平应变为０。 将侧壁的变形计算转化为求点的应变计算是通 过下式的积分式求解来完成转换： 上式中， 的土压力： 极限位移。 表示主动区的土压力：Ｐ０表示静止 表示极限主动＝ 压力；△表示墙体 的位移；△ 表示土体到达主动土压力时所需要的 二、极限位移的分析 对基坑的土体而言，基坑的墙后土体分为两个 部分，即开挖面以下及以上两个部分．这里所说的 ㈨ ｒ ．＋ｒ。。。 ＝ ’ ＋ ’” 】一等量Ｍ＝等 １２Ｈ一２ｈ＋Ｄ，） 随着基坑开挖工程的进行，侧壁上点的侧向应 力逐渐由最初的土体静止土压力转化为主动的土压 力。如果将基坑的土体侧向的变形看成是一个平面 ［２］赵晓峰．黄土基坑围护结构上的土压力［Ｊ］．勘察 科学技术，２Ｏ１２（Ｏ４）． （作者单位：杭州市开发投资有限公司３１１１００） ｌ４７