【正文】 、充實(shí)、完善，有關(guān)于基坑的穩(wěn)定性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形以及周圍地層的位移對(duì)周圍建筑物和地下管線等的影響的計(jì)算分析，目前尚不能準(zhǔn)確地得出定量的結(jié)果，但是，有關(guān)地基穩(wěn)定以及變形理論，對(duì)解決這類實(shí)際工程問題仍然有非常重要的指導(dǎo)意義。大量的基坑工程實(shí)踐表明，滲流作用的影響十分顯著 。分析各開挖階段滲流場(chǎng)的分布及變化規(guī)律，并對(duì)滲流影響下的基坑變形性狀 （ 主要包括支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、坑外地表沉降變形和坑內(nèi)地面隆起變形 ） 進(jìn)行分析研究，并將計(jì)算值和實(shí)測(cè)值作對(duì)比分析，得出在該工程條件下的基坑變形性狀規(guī)律 ： (1)地表沉降曲線均呈 二次曲線 形狀，最大地面沉降變形發(fā)生在距基坑邊 緣 處。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]。 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。 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。 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。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。 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。 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。一般地說，解析解雖然精確，但其實(shí) 用性較差。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。 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。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。 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。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。因此它即保持了原有變分法的優(yōu)點(diǎn)，又兼有了差分法的靈活性，彌補(bǔ)了古典變分方法的不足，是目前數(shù)值計(jì)算最為有效 的一種方法。 解析法指利用有關(guān)數(shù)學(xué)手段直接求解基本微分方程的方法，它包括直接解法、復(fù)變函數(shù)法、組合法和水力學(xué)法。 地下水的滲流將會(huì)使深基坑周圍形成較大范圍的降水漏斗。 一般說來，解析法比較精確，但要求得其精確解要求方程比較簡(jiǎn)單，邊界形狀相當(dāng)規(guī)則，因此實(shí)用性較差。變形控制具有如下 4 個(gè)特點(diǎn) ： ① 必 須首先滿足強(qiáng)度控制條件 ； ②變形控制設(shè)計(jì)包括變形預(yù)測(cè)分析 、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和變形控制技術(shù) ， 變形控制既存在于設(shè)計(jì)過程之中，同時(shí)又貫穿于整個(gè)施工和監(jiān)測(cè)過程之中；③變形控制對(duì)象不僅包括支護(hù)結(jié)構(gòu)體系， 而且包 括坑內(nèi)外環(huán)境 ， 變形控制的主要目的是使基坑變形滿足坑內(nèi)外環(huán)境的變 形要求 ； ④變形控制具有時(shí)域性 ，主要指最大變形量及其速率 、 開挖支護(hù)周期變形控制不僅是變形預(yù)測(cè)與控制的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)問題，而且是施工技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)問。在軟粘土地基中滲流力往往使地基產(chǎn)生突發(fā)性的泥流涌出。 基坑工程計(jì)算機(jī)模擬研究 近幾十年來，隨著計(jì)算 機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)值模擬技術(shù)被引入到巖土工程中并不斷發(fā)展，成為目前比較常用的研究方法。 迄今為止 ,支護(hù)開挖型式已經(jīng)發(fā)展至數(shù)十種 ,主要包括懸臂支護(hù)、內(nèi)支撐或拉錨支護(hù)、組合型支護(hù)等。 因此，基坑工程的穩(wěn)定性和變形控制成為了基坑工程的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。我國上世紀(jì) 70 代以前的基坑都比較淺，到了上世紀(jì) 80 年代，廣東、北京、上海等地的深基坑工程逐漸增多，并積累了很多的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)入上世紀(jì) 90 年代，許多地區(qū)開始編制深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的有關(guān)法規(guī) 。 在基坑開挖施工過程中，由于坑內(nèi)外水頭差的存在并隨時(shí)間變化，引發(fā)土體中滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的改變，水土相互作用變得極為復(fù)雜?？紤]滲流影響的坑外地表沉降變形隨開挖深度增加而明顯增大，且最大位移點(diǎn)向外移動(dòng)。我國近年來也修建了大量的高層建筑，以北京、天津、上 海、廣州、深圳、福州等地的高層建筑密度最大。因此 ,對(duì)基坑開挖與支護(hù)的計(jì)算與設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)等的要求也越來越高 [4]。 許多學(xué)者對(duì)基坑開挖變形的機(jī)理和影響因素都進(jìn)行了研究。其中一個(gè)主要的原因是由于地下水引發(fā)的工程事故不斷發(fā)生。柔性墻如果設(shè)支撐，則表現(xiàn)為墻頂位移不變或逐漸向基坑外移動(dòng)，墻體腹部向基坑內(nèi)突出 ，如圖 22（ b）所示 。關(guān)于變形控制對(duì) 策 ，首先將變形控制技術(shù)充分綜臺(tái)地、經(jīng)濟(jì)有效地應(yīng)用于初始設(shè)計(jì)方案之中；然后在施工中充分考慮和應(yīng)用時(shí)空效應(yīng)理論控制變形 ； 最后在伴隨施工的監(jiān)測(cè)過程中，隨時(shí)準(zhǔn)備好多種可能的成急措施，這是基坑變形控制的三部曲 。其中一個(gè)主要的原因是由于地下 水引發(fā)的工程事故不斷發(fā)生。滲流受土質(zhì)條件、人工邊界條件、地下管線，建筑基礎(chǔ)的影響，且型式不同，就有不同的響應(yīng)，這在設(shè)計(jì)時(shí)很難完全考慮，有限元也很難準(zhǔn)確模擬。因?yàn)槟苡媒馕龇椒ㄇ蟪鼍_解的只是少數(shù)方程性質(zhì)比較簡(jiǎn)單，邊界形狀相當(dāng)規(guī)則的問題。里茲法 就是典型的變分法。由于導(dǎo)電液模型為連續(xù)介質(zhì)模型，故它便于模擬急變滲流區(qū)問題，但用它無法模擬非均質(zhì)各向異性滲透介質(zhì)，也不適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)和邊界條件。力和面力都按靜力等效原貝。 1965 年，津克維茨 ()和張大連交通大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 ()首先用有限單元法求解擬調(diào)和方程，提出該方法適用于所有可按變分形式進(jìn)行計(jì)算的場(chǎng)問題，這為有限單元法在滲流計(jì)算中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。 (3)邊界單元法， 建立在 Betti互換定理和 Fredholm 積分方程基礎(chǔ)上， 60 年代后期提出時(shí)稱為邊界積分方程法 (Boundary Integral Equation Method)。 (2) 有限單元法 [1214]是古典變分法 (RitalGaler 方法 )與分塊多項(xiàng)式插值結(jié)合的產(chǎn)物，這種結(jié)合吸收了有限差分法中離散處理的內(nèi)核，又繼承了變分計(jì)算中選擇試探函數(shù)，并對(duì)區(qū)域進(jìn)行積分的合理做法，充分考慮了單元對(duì)節(jié)點(diǎn)參數(shù)的貢獻(xiàn)。微分運(yùn)動(dòng)方程反映的是流動(dòng)的一般規(guī)律，邊界條件和初始條件則體現(xiàn)了它的具體性和唯一性 [9]，滲流分析方法目前主要有解析法、數(shù)值法和電擬法 [10 /11 ]。 當(dāng)滲流穿過墻底進(jìn)入基坑內(nèi)側(cè)時(shí)，滲透水流的方向變成了向上，滲流水壓力就變成了浮托力，使土體重度減少 ,使墻前被動(dòng)土壓力減??；而它對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的水壓力加大了。滲流分析方法目前主要有解析法、電模擬法和數(shù)值法等。 基坑 開挖 變形 控制標(biāo)準(zhǔn) 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有兩種極限狀態(tài)：其一是以滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)的極限平衡穩(wěn)定狀態(tài)，其二是以滿足坑內(nèi)外環(huán)境變形控制設(shè)計(jì)的極限有效狀態(tài)。隨著滲流通道變大，土顆粒 對(duì)水流阻力減小，滲流力增大，使大量砂粒隨水流涌出，形成流砂，加劇危害。 本文擬采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)影響基坑變形的各個(gè)因素展開比較系統(tǒng)的研究，是具有重要的理論意義和工程實(shí)際意義的。放坡開挖既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì) ,一般在條件具備時(shí)優(yōu)先選用 ,但目前深基坑工程大多是在市內(nèi)修建 ,基坑較深而場(chǎng)地往往又比較狹 小 ,不具備放坡開挖條件 ,通常均采用有支護(hù)開挖。這些事故主要表現(xiàn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、基坑塌方及大面積滑坡、基坑周圍道路開裂和沉陷、與基坑相連的地下管線變位乃至于破壞等 。放坡開挖和簡(jiǎn)易木樁圍護(hù)可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。 基坑變形影響因素是其變形控制的重要內(nèi)容之一 ， 本文在綜合分析國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)深基坑開挖特點(diǎn)， 通過使用邁達(dá)斯軟件 建立了有限元計(jì)算模型，對(duì)深基坑變形機(jī)理，地下水滲流對(duì)基坑的影響以及在考慮滲流作用下基坑變 形的影響因素等問題進(jìn)行了數(shù)值模擬研究， 重點(diǎn)對(duì)影響基坑變形的各因素進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬分析，并對(duì)實(shí)測(cè)和計(jì)算的基坑周邊最大沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移和坑底最大隆起及其位置進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。 (2)坑內(nèi)土體的隆起變形隨開 挖深度增加而逐漸增大，基坑底部隆起曲 呈 拋物線狀 ；最 大變形在基坑開挖面的中心點(diǎn)位置。國內(nèi)各大城市正在興建自己的快速軌道交通體系。 基坑工程在我國出現(xiàn)較晚 , 20 世紀(jì) 70 年代 ,國內(nèi)只在少數(shù)大工程項(xiàng)目中有開挖深度達(dá) 10 m 以上的基坑工程 ,而且是在較少或者沒有相鄰建筑物和地下結(jié)構(gòu)物的地 區(qū)。并取得了如下成果： 利用模型試驗(yàn)研究了基坑失穩(wěn)前地下連續(xù)墻的性能、土與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的 相互作用以及土體位移、墻體位移和孔隙水壓力的分布規(guī)律； 采用環(huán)境土力學(xué)的原理與“時(shí)空效應(yīng)”方法，對(duì)基坑問題作了分 析探討，并對(duì)土層沉降、變形進(jìn)行了理論預(yù)測(cè)； 采用 MohrCoulomb 模型，通過 FLAC 軟件對(duì)基坑開挖進(jìn)行了三維數(shù)值模擬和變形研究，計(jì)算結(jié)果表明支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移、地表沉降和基坑底部隆起的分布 具有明顯的空間效應(yīng)； 用三維空間有限元法研究了基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、土壓力的空間分布及基坑的幾何尺寸效大連交通大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 應(yīng)，并與按二維平面問題分析的結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了對(duì)基坑工程進(jìn)行三維分析的必要性以及計(jì)算模式的合理性 等等。