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在国民经济快速发展、城市化进程加快的时代,人们对地下空间的开发力度可谓空前,基坑工程朝着深大方向发展,基坑周边环境也日趋复杂,支护难度显著加大,在软土地区尤为明显。软土作为一种不良地质,其分布范围甚广,据统计,该地区基坑工程软土加固费用占比达到支护总造价的26.6%~58.5%,建设规模稍微大一点的项目软土加固费用可达千万级别,而且软土地区也是工程安全事故常发点,无论是安全性层面,还是经济性层面,软土均对工程建设影响巨大。虽然目前基坑被动区裙边加固工程大多数取得了成功,但其设计计算理论还停留在经验层面,缺乏理论支撑。在基坑变形控制计算理论方面,加固体宽度、加固体高度、加固体侧方及下方土层性质等因素综合对裙边加固体m值的影响无法得到反映;在被动土压力计算理论方面,现行经典土压力计算理论均是针对半无限均质体提出的,对于基坑被动区采用裙边加固形成半无限非均质体的情况,尚无相关土压力计算理论,有限范围加固非均质体土压力理论将是土压力理论的一个全新课题,本课题对弥补这一领域计算理论的空白具有重要的现实意义。本文旨在建立理论依据充分、适用性强、可靠性高的裙边加固基坑被动土压力计算方法和变形控制计算理论,提供基坑被动区裙边加固课题全面、系统的解决方案。在裙边加固水泥土参数测试方面,主要运用原位测试和室内试验手段获取水泥土的物理力学参数,并建立原位测试指标与室内试验指标之间的相关关系式;在裙边加固基坑被动土压力计算理论方面,在充分认识裙边加固基坑被动区破坏机理的基础上,推导裙边加固基坑被动土压力计算解析式;在裙边加固基坑变形控制计算理论方面,推导裙边加固体等效m值计算解析式,并对裙边加固基坑变形特性进行了深入研究。主要工作和研究成果概括如下:(1)提出了基于β角理论的裙边加固基坑被动区滑动破坏模式,有限元数值试验结果表明,基于β角理论的滑动破坏模式合理、正确。研究发现水泥土抗剪强度参数对裙边加固基坑被动区潜在破裂面有重要的影响,潜在破裂面形式由从加固体中穿过向从加固体底部绕过转变时的水泥土黏聚力比和内摩擦角正切值比存在临界值,而水泥土刚度参数(弹性模量和泊松比)对裙边基坑被动区潜在破裂面形式影响不大,并提出了有限范围加固体临界宽度的概念及其求解方法。(2)提出了裙边加固基坑被动土压力计算方法,基于块体极限平衡法,推导了裙边加固基坑被动土压力计算解析式,并采用莫尔应力圆法进行了理论验证,该方法回避了有限范围加固体水泥土c1、φ1取值难以确定的问题,用于极限平衡分析是可靠的。裙边加固基坑被动土压力受控于β角,当裙边加固体宽度未超过通过桩底的朗肯被动破裂面时,则裙边加固对提高被动土压力基本上没有贡献;当裙边加固体宽度超过通过桩底的朗肯被动破裂面时,裙边加固体以下土层的被动区极限土压力较朗肯被动土压力会有所提高,β角愈大,影响愈大愈有利。在加固体量相同的情况下,竖向矩形布置的加固体β角更大,所能提供的被动土压力越大,仅从被动土压力层面看,竖向矩形优于横向矩形;相比横向矩形加固体和顶部变阶加固体,底部变阶模式不利于提高β角,仅从被动土压力层面看,不宜提倡。(3)提出了基于刚性桩转动理论的裙边加固基坑变形计算理论,推导了裙边加固体等效m值计算解析式,该方法能够考虑加固体宽度、加固体高度、加固体侧方及下方土层性质等因素的影响,而且无需获取水泥土的抗剪强度参数,改变工程经验的占主导地位的现状,对基坑被动区裙边加固工程实践具有重要的指导意义,而且还提出了考虑加固体置换率、弹性模量和抗剪强度参数影响的加固体等效m值修正计算解析式,并对与加固体水泥土弹性模量和抗剪强度参数有关的调整系数给出了建议值,还提出了变阶模式加固体和加固体前方为多层土情况下的加固体等效m值计算方法以及加固体抵达另一侧支护桩情况下的水平反力系数计算方法,进一步加强了裙边加固基坑变形计算理论的适用性。(4)在加固体量一致的前提下,横向矩形加固体对基坑变形控制效果优于竖向矩形加固体;从控制基坑变形的角度看,采用底部变阶和顶部变阶相差不大;对比横向矩形和变阶型加固体,横向矩形加固体对基坑变形控制效果最优,但当加固体宽度达到一定数值时,变阶型加固体对基坑变形控制效果与横向矩形加固体基本相当,而横向矩形加固体量大于变阶型加固体,当考虑经济性因素时,可优先采用变阶型加固体;对比竖向矩形和变阶型加固体,当加固体宽度达到一定数值时,竖向矩形加固体对基坑位移控制的效果甚至弱于变阶型加固体,而且经济性差,因此,从控制基坑变形的层面看,不建议采用竖向矩形加固体。(5)加固体弹性模量存在临界值,当超过这一临界值后,基本不再影响支护桩最大水平位移,加固体弹性模量临界值与加固高度有关,加固高度越大,临界值越小,而加固体弹性模量临界值与加固宽度关系不大;加固体泊松比对支护桩最大水平位移影响程度有限,在有限的影响范围内,加固体高度越大,泊松比对支护桩最大水平位移影响越小。加固体抗剪强度参数存在临界值,当超过这一临界值后,基本不再影响支护桩最大水平位移。加固体抗剪强度参数临界值与加固高度有关,加固高度越大,临界值越小;而加固体抗剪强度参数临界值与加固宽度关系不大。(6)加固体总位移由刚体位移和加固体绝对变形组成,其中加固体绝对变形又包括压缩变形和剪切位移;加固体刚体位移占总位移的比例范围大约为24%~55%,压缩变形占总位移的比例范围大约为5%~19%,剪切位移占总位移的比例范围大约为34%~63%。由加固体总位移各组成部分占比范围可知,加固体压缩变形占比最小,剪切位移占比与刚体位移占比大致相当。(7)基于原位测试、现场取样和室内试验等技术手段,建立了裙边加固水泥土室内试验指标(无侧限抗压强度、弹性模量、抗剪强度指标)与原位测试指标(静力触探比贯入阻力、标准贯入试验锤击数、重型动力触探锤击数)之间的相关关系式,相关性程度总体上显著,表明通过原位测试指标预测水泥土室内试验指标是可行的。(8)武汉梦想特区A地块项目基坑被动区裙边加固体在宽度、高度和形式上存在一定的优化空间,合理的优化措施还需结合规范控制标准和周边环境保护要求等因素综合确定。