摘要：以土力学基本原理，结合岩土工程分析软件FLAC3D三维有限差分法数值模拟结果和监测数据分析的能力和经验，重点对上海和宁波两地软土地区地铁车站深基坑开挖时基坑内外土体及围护结构的位移和变形原理及规律进行分析，基坑的外土体位移临界面S c，传导路径L t及传导曲线斜率k t‐curve的概念，得出结论：在基坑中，斜率的外侧是弯曲的，离围栏结构位置越近；随着挖掘深度的加深，Sc临界平面的位置逐渐下降，并处于动态变化之中。
关键词：软土；深基坑；围护结构；变形；传导曲线
在软土地深基坑开挖的情况下，围护结构不仅要满足其强度要求，而且要满足其在挖掘软土地的深层基坑时，围护结构不仅仅要满足其强度要求，也涉及到变形要求。考虑到影响基坑变形的诸多因素，有效预测和管理基坑的变形是基坑研究和实践中的一个问题。
一、软土地区地铁车站深基坑开挖引起的位移规律
１．开挖变形位移规律。我国软土最典型的地质特征是长三角地区。经过研究，利用上海地铁FLAC3D软件对软土地基区域基坑外层位移矢量场及土体竖向变形和侧向变形的传递规律进行三维仿真分析，如图1所示。
1.为了便于研究和总结，还利用FLAC3D岩土工程分析软件对宁波地铁一号线站进行了有限三维差分数值模拟。（1）三维计算模型的建立。在FLAC3D深基坑数值模拟方法施工及变形预测的前提下，建立基坑模型并进行预测。引进了一种Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ导入设计几何模型和网格计算模式，将基坑支护结构转化为FLAC3D基础模拟施工过程。三维积分计算模型包括基坑外土体、基坑支护结构、基坑内土体和基坑内添加的固体。例如宁波地铁1号线基坑开挖（长×宽×深），其尺寸约为180米x20米x16.5米。从400m x 200m x 70m开始计算三维模型的尺寸，考虑到周围地面上的基坑掘进的扰动，以及在参考施工过程中对地面的影响范围。模型的每一边的水平位移都是在基坑的方向上计算的，上界被定义为自由极限，基底被设置为总应力。计算模型中25.2万的实体单元数，3.8万的节点数，5.7万的结构单元数，２９．６万的网格点数。计算结果如图2、3所示。
两个地区的比较分析。上海和宁波地铁车站的深基础坑施工，通过flac3d数值模拟分析结果的比较，最大横方向偏分的移位更大，下方移动，坑外土体位移向量场临界面sc也比较横方向的最大变形点的移动下得到的初步结论。如图3所示。在分析中，这一现象主要是由于不同物软土地区地层物理参数如τｆ抗剪强度、φ内摩擦角、ｃ粘聚力、μ泊松比的不同所致，但是一般的变形定律和特征在两个地方是相似的。在两个地区的平均地理数据比较中，两个地区发现具有地质力学性质参数的平均值。
2.浅析软土地基地区深基坑施工位移规律。在大量的施工经验和现场数据分析的基础上，得到了有限差分FLAC3D三维数值模拟的结果：（1）深基坑施工过程中基坑侧土的侧移变形和围护。结构变形相似，最大侧向变形点为h，最大深度为基坑开挖面附近；（2）由于挡土墙外土体与基坑距离的增大，基坑外土体最大水平位移点为sh，Max逐渐向地表过渡；（3）基坑的浅层土体将产生沉降，最大沉降点为v，最大除尘点位于控制结构的一定距离内，一般距离是h/2~h/3，h为基坑掘进深度；（4）在基坑掘进过程中会有一个临界表面的产生了，如图2所示。上面的土壤临界深度通常倾向于向下移动（在基坑端），而下面的土壤临界深度一般倾向于上升（在基坑端），导致表面坑外的解决和隆起的土壤临界深度以下。结果分析表明，基坑变形主要由基坑底部土体隆起、围护结构变形和基坑外土体变形三部分组成。基坑开挖过程中，由于开挖卸荷效应的脸，一边，坑的底部隆起变形，和支护结构变形横向和垂直土压力的作用下坑的内部和外部之间的区别，和坑外土体也将相应变形的共同作用下坑的底部的升沉和墙的位移。
二、基坑开挖引起的位移原理解析
1.坑外土体移动的原因。在基坑深度开挖过程基坑内土体卸载了，已经改变了基坑内部层应力场，从而将基坑内土体应力释放，使自然发生应力重分布，即坑一定深度土体原有结构改变，形成新的应力场、土体表现为，回弹隆起。与此同时，当土体上升时，它抵抗外部压力的能力就会下降，因为抵抗围护结构会减弱和下降，从而抵消外部的压力。此外，在基坑开挖后，坑内土体标高降低，这必然会产生维持外部和内部坑层结构的压力差异，导致不平衡压力造成纵向变形，导致坑外的扩张移位。
2.坑外土体沉降的原因。（1）内部因素。基坑外层的沉降主要由两个因素引起
内部因素：a.基坑开挖过程中由于周围结构渗漏，基坑外层含水量大大降低。根据有效应力原理，此时有效应力增大，应力场重新分配，地层开始产生固结或二次固结，表现为地面沉降。B.地面沉降是由基坑外土体水平或垂直位移引起的。（2）外部因素。外部因素主要包括基坑挤压外层的施工动荷载和静力荷载。
3.分析了基坑外土体的位移传导特性。因为当基坑开挖的基坑水平位移的土壤最大位置从地面下一定深度范围内，和相对位移的概念，除了最大位移的形成，其他形成相对固定，而形成的范围的相对位移是基坑范围附近的土壤质量、土壤基坑侧向位移，然后必须用于补充土壤，从而达到新的平衡。然而，横向补充仍然是纵向补充。三维数值模拟和现场实测结果表明，两种方法均不客观。正确的结果是：由于地层土体具有一定的天然性质和弹塑性变形特征，所以补充土体的主要传导路径为倾斜传递，即补充土体的位移矢量由水平分量和垂直分量组成。ｋｔ－ｃｕｒｖｅ为传输曲线斜率，由地层土体的抗剪强度τｆ、内摩擦角φ、粘聚力ｃ、泊松比μ等物理参数决定。
4.基坑外位移临界面下土体位移分析。从图1、2、3中，您可以看到一个明显的现象，看到附近的围护结构最大变形点深度、客观存在的临界水平S c（临界平面理论由于土壤形成的各向异性和非均质性和不规则性决定了临界表面不能被一个平面，而是一个小浮动的表面）。关键是地表以上（基坑侧）土体沿对角线向下移动，临界面以下（基坑侧）土体沿对角线向上移动。临界面以上地层向下位移的原因为2。上节已经讨论过。对于岩层下土体临界面为什么存在向上倾斜位移的问题，分析如下：基坑开挖过程中，基坑外岩层深度必然存在向下倾斜位移，并伴有沉降。同时，由于基坑内外岩层高度的差异，从基坑外一定范围内的岩层到基坑内层发生水土流失。上述现象将不可避免地导致地层厚度和一定深度含水量同时减小，范围内地层整体质量也会下降。同时，不可避免地会产生一个临界面sc：由于上部土体的卸载，地表以下的岩层会改变应力场。根据有效应力原理，临界面以下土体有效应力减小，土体膨胀。
软土地区深基坑施工地铁车站造成坑外土体位移已经很多，但采用模拟值与理论分析结合，目前尚未见研究区软土洞外任意点的位移方向移动的整个过程具有不确定性，运行轨迹的曲线性。它们的总体偏移趋势相似，但由于许多外部因素，如阻挡设计结构、支撑力、建设、开发和管理的基准、它们的踪迹复杂且不稳定，本文还没有对定量表示进行持续计算，因此还没有进一步研究。
参考文献：
［１］李柔．深基坑工程设计理论及工程应用［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，2014．
［２］吴晓华．西安地铁车站深基坑变形规律ＦＬＡＣ模拟研究［Ｊ］．铁道工程学报，2014（３）：９０－９３．
论文作者:张超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/25
标签：基坑论文; 位移论文; 临界论文; 结构论文; 深度论文; 地层论文; 应力论文; 《基层建设》2019年第3期论文;