【正文】 ................................................................. 45 本章小結(jié) ....................................................................................................... 50 第六章 結(jié)論與展望 ................................................................................................. 51 結(jié)論 ................................................................................................................ 51 展望 ............................................................................................................... 51 致 謝 .......................................................................................................................... 53 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 54 大連交通大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 概述 基坑工程是基礎(chǔ)和地下工程施工中的一個(gè)古老的傳統(tǒng)課題。在理論上，經(jīng)典的土力學(xué)己經(jīng)不能完全滿足基坑工程的要求，考慮應(yīng)力路徑 (卸載 )的作用，土的各向性、土的流變性、土的擾動(dòng)、土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用等的計(jì)算理論以及數(shù)值方法和系統(tǒng)工程等軟科學(xué)的研究日益引起基坑工程專家們的重視。目前，各種用途的地下工程諸如高層建筑地下室、地下鐵道、地下醫(yī)院、地下停車場(chǎng)和地下商場(chǎng)等正逐漸得到越來越多的建設(shè)利用 [1]。 大量興建的高層建筑和地下工程必然帶來了大規(guī)模的基坑工程，而在城市中，基坑工程開挖往往會(huì)產(chǎn)生較大的變形，這會(huì)嚴(yán)重影響緊靠深基坑周圍的建筑物、地鐵、交通干道、地下管線和其他市政設(shè)施。這些大連交通大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 事故給國家經(jīng)濟(jì)和人民生命造成了嚴(yán)重的損失，同時(shí)也給周圍的居民生活、城市建設(shè)和企業(yè)形象造成了不良影響。我們應(yīng)該將基坑、支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊的土體放在一個(gè)系統(tǒng)中作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，考慮協(xié)同工作，而不是像傳統(tǒng)的方法那樣獨(dú)立地將基坑、支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和周邊土體分開來進(jìn)行分析，這樣才能正確認(rèn)識(shí)這一系統(tǒng)中的變形性狀、破壞機(jī)理和對(duì)環(huán)境的影響，充分地認(rèn)識(shí)每個(gè)因素可能對(duì)變形造成影響的重要程度，抓住主要矛盾，進(jìn)而去分析問題和解決問題。 90 年代以來 ,隨著城鎮(zhèn)建設(shè)中高層及超高層建筑的大量涌現(xiàn) ,深基坑工程越來越多 ,同時(shí)密集的建筑物、復(fù)雜的深坑形式 ,使得基坑開挖的條件越來越復(fù)雜。 90 年代以后 ,大多數(shù)城市都進(jìn)入了大規(guī)模的舊城改造階段 ,在繁華的市區(qū)內(nèi)進(jìn)行深基坑開挖給這一古老的課題提出了新的內(nèi)容 , 那就是如何提高深基坑開挖的環(huán)境效應(yīng)問題 ,從而進(jìn)一步促進(jìn)了深基坑開挖技術(shù)的研究與發(fā)展 , 產(chǎn)生了許多先進(jìn)的設(shè)計(jì)大連交通大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 計(jì)算方法 ,眾多新的施工工藝也不斷付諸實(shí)施 , 出現(xiàn)了許多技術(shù)先進(jìn)的成功的工程實(shí)例。 基坑工程分類較多 ,按照施工工藝大體分為放坡開挖及支護(hù)開挖兩大類。 基坑開挖變形的研究 基坑開挖變形主要包括三個(gè)部分：支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、基坑底部隆起、周圍地表沉降。 基坑變形外在表現(xiàn)為周邊地表沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)位移和坑底隆起 3 個(gè)方面 ， 此 3 方面緊 密聯(lián) 系， 又相對(duì)獨(dú)立，主要表現(xiàn)在影響基坑變形因素的一致性和變形不同方面，其內(nèi)在表現(xiàn)為土體應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的重分布 ， 為定量表征基坑的有效性，提出基坑有效系數(shù)、有效區(qū)、失效區(qū) 、 臨界線的新概念。 1990 年，美國學(xué)者 Clough 和 O39。 綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于基坑變形都做了比較深入的研究。在巖土工程特別是基坑工程的研究應(yīng)用中的使用越來越廣泛和深入。 基坑滲流引起的問題 近年來，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力的計(jì)算越來越受到重視。特別是當(dāng)前大多數(shù)基坑位于繁華的都市里，施工場(chǎng)地狹小，坑周的地面沉降嚴(yán)重地影響了周圍的建筑物。在不連續(xù)砂性土中，有可能開始時(shí)土中細(xì)粒通過粗粒的間隙被水流帶出，產(chǎn)生管涌現(xiàn)象。 本文研究的主要工作 通過建立三維立體模型，研究分析基坑變形在不考慮滲流影響和考慮滲流影響 以及支護(hù)間距發(fā)生變化時(shí)對(duì)于基坑變形影響的 區(qū)別。隨著基坑開挖深度的增加，剛性墻體繼續(xù)表現(xiàn)為向基坑內(nèi)的三角形水平位移或平行剛體位移。 （ 3）地表沉降 在地層軟弱而且墻體的人土深度又不大時(shí)，墻底處顯示較大的水平位移，墻體旁出現(xiàn)較大的地表沉降。 （ 5）深基坑坑底穩(wěn)定處理方法 深基 坑坑底穩(wěn)定的處理方法可采用加深圍護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度、坑底土體注漿加固、坑內(nèi)井點(diǎn)降水等措施。 運(yùn) 用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算方法進(jìn)行變形預(yù)測(cè)分析 是重點(diǎn) ， 根據(jù)施 工 過程中變形監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵 。 允許變形 的確定采用經(jīng)驗(yàn)比值 、 最小拉伸應(yīng)變、變形絕對(duì)量、變形速率 、 失效概 率、 具體環(huán)境分析等綜合方法 。 基坑滲流分析的基本方法 滲流的基本概念與研究 概述 滲流系指流體通過多孔介質(zhì)的流動(dòng)，研究的內(nèi)容包括地下滲流、工程滲流及生物滲流三個(gè)方面。 地下水滲流問題的實(shí)質(zhì)就是由三個(gè)條件組成的定解問題： (1) 地下水滲流微分方程； (2) 滲流區(qū)邊界條件； (3) 滲流區(qū)內(nèi)初始時(shí)刻水頭的分布情況 (初始邊界條件 )。電模擬的優(yōu)點(diǎn)就是可以對(duì)復(fù)雜的滲流域進(jìn)行模擬；模 型沒有比尺效應(yīng)，可根據(jù)設(shè)備狀況確定大小和電壓等；試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)試比較方便。 基坑中的滲流問題 近年來，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力的計(jì)算越來越受到重視。 土體是由固體、液體和氣體組成的三相體系。此時(shí)，作用在基坑外側(cè)的滲透水流的作用力是向下的 ，它對(duì)土體產(chǎn)生了壓縮作用 ，墻后土壓力加大；同時(shí)由于滲流的作用，作用在地連墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水壓力也小于靜水壓力 ,這對(duì)于基坑穩(wěn)定都是有利的 。特別是當(dāng)前大多數(shù)基坑位于繁華的都市里，施工場(chǎng)地狹小，坑周的地表沉降嚴(yán)重地影響了周圍的建筑物以及交通、通訊、供水、供電等市政設(shè)施。 基坑工程屬于臨時(shí)性工程，施工開挖及降水將導(dǎo)致土體固結(jié)及地 下水流動(dòng)，水力梯度在短期內(nèi)迅速增大，滲流場(chǎng)的變化強(qiáng)烈。因此，計(jì)算域的確定是個(gè)很重要的問題。③滲流區(qū)內(nèi)各點(diǎn)初始時(shí)刻的水頭分布情況 (初始條件 )。復(fù)變函數(shù)法是利用復(fù)變函數(shù)保角變換理論，將實(shí)際 的滲流問題變換為一個(gè)己有解答的區(qū)域，從而使問題獲得解答。一般地說，解析解雖然精確，但其實(shí) 用性較差。它主要有三大類 :有限差分法、有限單元法和邊界單元法。其缺點(diǎn)是往往局限于規(guī)則的差分網(wǎng)格，對(duì)曲線邊界和滲透介質(zhì)的各向異性模擬比較困難。這些單元的結(jié)合點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn) ； 然后選擇簡(jiǎn)單的函數(shù)來近似的表示每個(gè)單元上的水頭分布。但有不少問題的泛函并不容易求解，使之應(yīng)用上有一定的限制。對(duì)于那些方程已知，但泛函未知或沒有泛函可采用的問題，均可用此法求解。 (d)能量平衡法 ： 它通常指某一系統(tǒng)的機(jī)械能或熱能的平衡，滲流計(jì)算中應(yīng)用不多。 邊界單元法的缺點(diǎn)是它所建立的系數(shù)矩陣是滿陣，而且不對(duì)稱，即使節(jié)點(diǎn)較少，也將占據(jù)可觀的內(nèi)存，計(jì)算任務(wù)繁重。 電模擬法目前主要采用兩種模 型，即導(dǎo)電液模型和電網(wǎng)絡(luò)模型。由于基于變分原理而建立的電網(wǎng)絡(luò)法吸收了有限單元法的優(yōu)點(diǎn)，故使該方法在模擬曲線和各向異性滲透性方面得到一定改進(jìn)，目前在求解大型復(fù)雜滲流場(chǎng)中有所應(yīng)用?？藙诜?() 1960 年首先使用“有限元”這樣的名稱，以表示和“有限差分法”有所區(qū)別。 研究了不符合達(dá)西定律的有自由面的穩(wěn)定滲流，紐曼、得賽等人對(duì)自由面隨時(shí)間變化的非穩(wěn)定滲流進(jìn)行了研究。這些單元只在結(jié)點(diǎn)相互作用，每個(gè)單元所受的己知體。為了在求得結(jié)點(diǎn)位移后可求得應(yīng)力，必須建立單元中應(yīng)。移置至 J 結(jié)點(diǎn)上，成為結(jié)點(diǎn)荷載。有限單元方法是一門新興的學(xué)科，目前發(fā)展方興未艾。 70 年代有限元開始擴(kuò)展到用來求解非穩(wěn)定滲流問題，這些研究大部分是屬于大區(qū)域地下水流動(dòng)問題。 1943 年，柯朗 (Courant)提出了第一篇有現(xiàn)代有限元思想的數(shù)學(xué)論文，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)尚未出現(xiàn)，這種方法未得到重視。為模擬更加復(fù)雜的滲流場(chǎng)，逐步發(fā)展了電網(wǎng)絡(luò)模型，即電網(wǎng)絡(luò)法。 電模擬法 [15]是基于電場(chǎng)和滲流場(chǎng)符合同一形式的控制方程而進(jìn)行求解的。該方法通過把求解區(qū)域邊界剖分為若干個(gè)單元，將區(qū)域 定解問題轉(zhuǎn)化為邊界積分方程來求其數(shù)值解的一種方法。遼金法是其中特殊的加權(quán)余量法，它用權(quán)函數(shù)作為確定試探函數(shù)的基函數(shù)。 (c)加權(quán)余量法 ： 它從問題的基本方程出發(fā)，在分析中并不依賴于泛函或變分原理。由于建立線性代數(shù)方程組的依據(jù)不同，有限單元法本身有分為四種方法 ： (a)直接法 :來