土岩组合地层深基坑变形特性及优化设计研究

作     者：陈俊玮 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘俊岩;郑全明

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：土岩组合基坑 计算模式 变形规律 正交实验 设计优化 

摘      要：随着地铁工程在济南市的全面开展,以及城市的不断拓展更新,大量岩层埋深较浅的深基坑工程的出现,使得人们对于基坑支护技术的要求越来越高,目前学者对土岩组合基坑的支护设计理论的研究还不够充分。由于土岩二元地质结构的复杂性与基坑支护的多样性,此该类基坑的变形影响因素有很多,这使得对于这种基坑的变形预测比较困难。所以针对土岩组合基坑的变形特性及优化设计研究有着重要的理论及实际意义。本文依托济南市某地铁车站土岩组合深基坑工程,采用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,对土岩组合深基坑的计算模式、变形影响因素及变形规律进行了系统研究,并提出了一种针对于土岩组合基坑存在坑底预留岩体时支护桩嵌岩深度的设计优化思路,主要工作和内容如下:(1)分析适用于土岩组合地层的主动岩土压力计算方法,基于极限平衡理论对有限空间岩体侧压力进行推导分析,以得到更准确的坑底预留岩体极限抗力计算方法;(2)使用有限元模拟软件MIDAS GTS NX建立多个二维计算模型,对不同上覆土层厚度、上覆土层土体粘聚力、上覆土层土体内摩擦角、支护桩嵌固深度及支护桩桩体直径情况下的土岩组合深基坑地表沉降及支护桩桩体水平位移的变化规律进行研究;(3)通过设计正交实验对土岩组合基坑变形进行多参数敏感性分析,最终得到对试验指标(支护桩最大水平位移)的影响性排名为:上覆土层厚度支护桩桩体直径支护桩嵌固深度上覆土层土体粘聚力上覆土层土体内摩擦角。对比模型计算结果可以得出:对于下伏基岩为强、中风化灰岩的土岩组合基坑,当支护桩嵌岩深度大于3m时,对于控制桩体侧移,增加支护桩桩径相较于增加支护桩嵌岩深度能起到更好的效果;(4)建立三维数值模型,分析土岩组合深基坑的开挖变形规律。对比基坑两侧模型计算结果可以得出:基坑无预留岩体侧最大地表沉降量比预留岩体侧大56.8%,最大桩体水平位移量大84.3%,由此可见坑底预留岩体对于控制基坑变形的作用十分显著;(5)基于假定支护桩嵌岩深度,验算坑底预留岩体极限抗力与稳定性的设计优化思路,针对该土岩组合深基坑工程制定了相应的设计优化方案。并建立三维数值模型分析优化后的支护结构变形,验证了该优化设计方案即可以保证支护结构拥有足够的安全储备,也可以有效降低基坑支护成本,兼顾经济性。