土性參數(shù)對軟土地區(qū)深基坑穩(wěn)定性的影響分析

高詩明

(大鵬新區(qū)發(fā)展和財政局政府投資項目評審中心，廣東 深圳 518116)

0 前 言

近年來，我國城市建設快速發(fā)展，高樓大廈如雨后春筍般涌現(xiàn)，城市可利用空間越來越小，各類建筑物容積率越來越大，城市地下空間開發(fā)力度不斷增大，深基坑開挖現(xiàn)象越來越普遍。在基坑開挖過程中，諸多不確定因素(如土體力學參數(shù)的不確定性)增大了深基坑的施工難度。另外，我國軟土地區(qū)分布廣泛，諸如南京、上海、武漢、廣州等地區(qū)都一定程度上存在軟土地層。因此，土體參數(shù)是軟土深基坑施工中必須研究的重要因素之一。

國內外眾多學者利用數(shù)值模擬軟件對軟土深基坑穩(wěn)定性進行了分析。Ng和Yan[1]利用有限差分軟件研究了深基坑開挖后地下連續(xù)墻位移及應力分布情況，并分析地下連續(xù)墻的高度對土體應力的影響。徐平等[2]針對數(shù)值模擬軟件中的土體本構模型進行了開發(fā)，創(chuàng)建了廣義Kelvin模型，并將模型用于工程實例中，研究結果表明該模型基本符合工程實際的變形規(guī)律。劉繼國等[3]用FLAC3D數(shù)值分析軟件分析了過江隧道基坑開挖過程中的地表沉降、坑底隆起、土體水平位移。陳敏華等[3]用數(shù)值分析軟件模擬了深圳市某地鐵基坑的開挖，分析了開挖后的位移，錨索軸力、支護樁的受彎力矩等。另外，還有部分學者[4-9]利用有線差分數(shù)值分析軟件針對軟土深基坑開挖過程中的沉降，地下連續(xù)墻的位移以及支護結構的穩(wěn)定性進行了分析，研究結果表明有限差分數(shù)值分析軟件可以有效地分析軟土深基坑開挖過程中的穩(wěn)定性問題。

本文利用有限差分軟件分析了土體參數(shù)對軟土深基坑開挖過程中的沉降、地下連續(xù)墻的位移以及支護結構的內力的影響。

1 數(shù)值模擬參數(shù)

采用有限差分軟件FLAC對軟土基坑進行建模分析。模型的長寬高分別為120、 150和85 m，數(shù)值分析模型如圖1所示。模型中土體單元和地下連續(xù)墻均采用實體單元，支撐結構采用結構單元(beam單元)，地下連續(xù)墻和鋼支撐結構如圖2所示。土體采用摩爾-庫倫本構，由于地下連續(xù)墻為混凝土材料，所以采用彈性本構進行模擬。

圖1 數(shù)值分析模型

圖2 地下連續(xù)墻和鋼支撐結構

數(shù)值分析過程中所采用的土體及支護結構參數(shù)見表1。

表1 數(shù)值分析參數(shù)

2 結果分析

表1中土體彈性模量定義為Eo，現(xiàn)在將土層的彈性模量按照0.8Eo、0.9Eo、1.0Eo、1.1Eo、1.2Eo等比例調整。在不同彈性模量條件下，地表沉降曲線分布如圖3所示。從圖3可以看出,土體彈性模量不同，其沉降曲線發(fā)生明顯改變。從最大地表沉降數(shù)值進行分析，各個彈性模量之下的對應的最大地表沉降分別為8.3，7.9，7.5，7.2，6.9 mm，最大地表沉降隨著土體彈性模量的增大而減小，最大地表沉降的位置均在靠近基坑位置。

圖3 地表沉降曲線

不同位置處地下連續(xù)墻水平位移如圖4所示。隨著土體彈性模量的不同，不同位置處地下連續(xù)墻最大水平位移也明顯不同。從最大水平位移上看，三處的地下連續(xù)墻的最大水平位移相差較大，分別為10，30，14 mm。最大水平位移隨著土體模量的增大而減小，但最大水平位置發(fā)生位置無明顯變化，均在地下連續(xù)墻中間位置處。

(a)A處

表2為基坑支護結構橫支撐最大軸力變化，支撐最大軸力隨土體模量的增大而減少，最大值與最小值之差約為100 kN，由此可以看出土體彈性模量變化也會給支撐軸力帶來影響。

表2 支撐最大軸力變化規(guī)律

綜上所述，提高周圍土體的彈性模量可以有效降低因開挖導致的地表沉降，同時減小地下連續(xù)墻的側移，因此施工工程中應盡量選取模量大的土體可以減小地下連續(xù)墻側移和周圍的沉降。

3 結 論

土體的彈性模量對于軟土深基坑沉降、地下連續(xù)墻水平位移、支護結構內力均有較大影響。在軟土深基坑開挖施工過程中，采取適當摻入生石灰等土體改良材料的方法可提高土體彈性模量，有效降低開挖導致的地表沉降，同時減小地下連續(xù)墻的水平位移及支護結構所受內力。

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