【正文】 力方程獲得單元應力 ， 通過單元應變方程獲得單元應變 。 3/3/2023 57 地層結構模型的有限單元法 ?有限單元法的模型只能是空間有限的區(qū)域 ， 而地下結構周圍的地層相對而言是無限大或半無限大 （ 深埋或淺埋 ） 的；因此必須選擇某個有限的計算范圍建立有限單元模型 。 這個計算范圍的邊界應該離地下結構 足夠遠 ， 設在幾乎不受地下工程影響的地方 。 經驗表明 ， 一般來說 ， 在離洞室中心 3～ 5倍 于洞室特征尺寸 （ 最大內徑 ） 以外的地方 ， 地下工程的影響足夠小 。 3/3/2023 58 地層結構模型的有限單元法 2. 單元類型的選擇 ? 可以用二維平面單元 （ 平面應變或平面應力問題 ） 或三維實體單元 （ 三維問題 ） 來對計算范圍內的地層進行離散化分析 。 3. 開挖效應的模擬 ? 洞室的開挖釋放了洞室邊界上的初始應力 ， 在計算中可以通過在開挖邊界上施加與初始作用力大小相等 、 方向相反的釋放荷載來模擬這種應力釋放 。 ? 如果考慮開挖與支護的時間效應 ， 則釋放荷載的取值應視支護結構的設立時間而定 。 如果支護是在開挖后瞬時設置的 ， 則支護結構單元將承受全部的釋放荷載；如果支護是在開挖之后某個時刻設立的 ， 則支護結構承受的釋放荷載應該只是全部釋放荷載中尚未釋放掉的那個部分 。 3/3/2023 59 第 8章 地下空間結構設計理論與方法 地下結構分類 地下結構荷載 地下結構計算的力學方法 ? 明挖基坑支護樁設計 3/3/2023 60 明挖基坑支護樁設計 支護結構設計的計算理論 基坑圍護樁的作用 ? 深基坑支護結構多種多樣 ， 用材和施工方法也千變萬化 ， 但主要可以分為兩大類：第一類為 支擋型 的 ， 如排樁式支擋結構和地下連續(xù)墻；第二類為 加固型 的 ， 如高壓旋噴法加固 、 靜壓注漿加固 、 深層攪拌法加固 、噴錨支護和土釘墻等 。 ? 深基坑支護結構的 主要作用 是減小土方開挖 ， 少占場地空間 ， 保護相鄰的已有建 （ 構 ） 筑物和地下設施 ， 減少或防止坑底隆起 ， 另外還兼有支護和防水的雙重功效 。 3/3/2023 61 土壓力計算 ? 作用于支護結構上的荷載主要指 土壓力 和 水壓力 。 其中土壓力的計算是設計者最為關注的問題 ， 目前大致有兩類計算方法 ， 一是建立于極限平衡理論上的 經典土壓力理論 ；包括朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論；二是根據實測結果而提出的 TerzaghiPeck土壓力模式 。 1. 按經典土壓力理論計算 ? (1)地下水位以上土壓力計算 ——地下水位以上土層及地面超載作用于支護結構上的主動土壓力標準值 Paik可采用土層的抗剪強度指標按朗肯理論分層 。 ? (2)地下水位以下水 、 土壓力計算 ——水土分算和水土合算 。 3/3/2023 62 土壓力計算 2. 按 TerzaghiPeck模式計算 ? TerzaghiPeck經驗土壓力模式在國外的應用比較普遍 ， 國內一般用于黏性土基底標高以上帶支撐 （ 或錨固 ） 的主動土壓力計算 ， 分布模式如圖 。 3/3/2023 63 排樁支護結構設計 一般規(guī)定 ? 對于施工場地狹窄 、 地質條件較差 、 基坑較深 、 或需嚴格控制基坑開挖引起的地面變形時 ， 應采用排樁式擋土結構進行支護 。 ? 排樁式擋土結構由圍護結構及支撐系統(tǒng)組成 ， 其選型應綜合考慮基坑周邊環(huán)境 、 現場地質條件 、 圍護樁墻的使用目的 、 基坑規(guī)模和基坑安全等級等因素 ， 結合土方開挖方法及降水 、 土體加固等輔助措施 ， 通過方案比較確定 。 3/3/2023 64 一般規(guī)定 排樁式圍護結構的設計應包括以下內容： ① 入土深度的確定與校核； ② 根據支撐系統(tǒng)的布置及架 、 拆支撐順序 ， 進行圍護結構的內力及變形計算； ③ 圍護結構的構件和節(jié)點設計； ④ 當必須嚴格控制施工引起的地面變形時 ， 分析和預估基坑開挖產生的墻體水平位移 、 墻腳下沉 、 坑底土體隆起及降水等對墻背土層位移的影響 ， 必要時應提出相應的技術措施； ⑤ 當圍護結構作為主體結構的一部分時 ， 尚應計算在使用荷載作用下的內力及變形 。 3/3/2023 65 懸臂式排樁支護結構設計 1. 樁的受力范圍 ——設樁的間距為 S， 每根樁的受力范圍就應也是 S。所以 ， 所有單位長度上的荷載或土壓力都應該乘以 S， 才可求得每根樁所應擔負的荷載和壓力 。 2. 樁的最小入土深度 ——可根據土壓力分布模式和靜力平衡條件公式來確定 。 3. 樁的設計長度 ——考慮到一定的安全度 。 4. 懸臂樁的內力計算 ——靜力平衡法 、 彈性抗力法 （ 如桿件有限元法 ）等 。 5. 樁配筋的計算 ——按圓形截面配筋和按矩形截面配筋 。 3/3/2023 66 排樁內支撐支護設計 1. 內支撐結構設計內容 ? 內支撐體系適用于由鋼或鋼筋混凝土材料組成的墻式圍護結構和樁式圍護結構 。 其設計應包括如下內容： ① 材料選擇和結構體系的布置； ② 結構的內力和變形計算； ③ 構件的強度和穩(wěn)定驗算； ④ 構件的節(jié)點設計； ⑤ 結構的安裝和拆除設計 。 3/3/2023 67 排樁內支撐支護設計 ——內支撐結構的常用形式有單層或多層平面支撐體系和豎向斜撐體系 。 ——支撐結構材料通常是鋼和鋼筋混凝土 。 ?鋼支撐 自重輕 、 安裝和拆卸方便 、 施工速度快 ， 可以重復使用 ， 可施加預應力 ， 安裝后就能立即發(fā)揮作用 ， 對減少由于時間效應而引起的基坑位移是十分有效的 ， 而且破壞前有明顯變形 。 但是對鋼支撐的節(jié)點構造和安裝要求相對較高 ， 處理不當會引起基坑的過大位移 。 ?鋼筋混凝土支撐 剛度大 、 整體性好 ， 可以采取靈活的布置方式來適應不同形狀的基坑 ， 而且可避免因節(jié)點松動而引起的基坑位移 ， 對施工方面的要求容易得到滿足 。 但是混凝土支撐在現場需要制作和養(yǎng)護的時間較長 ， 不能立即發(fā)揮支撐作用；無法施加預應力 ， 拆除困難 。 3/3/2023 68 排樁內支撐支護設計 3. 支撐構件截面承載力計算及變形規(guī)定 （ 1） 支撐構件的截面承載力計算 ? 根據圍護結構在各個施工階段荷載作用效應的包絡線圖進行計算 ， 其承載力表達式為： 0r F R?3/3/2023 69 排樁內支撐支護設計 3. 支撐構件截面承載力計算及變形規(guī)定 （ 2） 支撐構件的變形應符合的規(guī)定 ① 支撐構件的變形可根據構件剛度按結構力學的方法計算 。 ② 支撐在豎向平面內的撓度宜小于其計算跨度的 1/600～1/800。 ③ 腰梁 、 邊桁架及主支撐構件的水平撓度宜小于其計算跨度的 1/1000～ 1/1500。 3/3/2023 70 演講完畢，謝謝觀看！