论文总字数：30085字

摘 要

近些年来，我国沿海地区国民经济高速发展，我国对临海、跨海的交通需求也日益增加。在隧道的建设过程中，需要在近海开挖深基坑，而由于周期性的潮汐变化，海平面会产生涨落现象，这就会对近海的地下水位造成影响，改变地下水系统。在偏北的一些寒冷地区则会由于土体的冻胀对深基坑的支护结构受力以及形变产生影响。本文以大连跨海隧道工程中的一个近海基坑为模型，结合实际水文地质条件计算土压力、冻胀力及潮汐力等多物理场耦合荷载，应用理正深基坑软件建立近海深基坑模型，分析在潮汐力和冻胀力影响下的基坑的整体稳定系数、地连墙抗倾覆稳定系数、抗隆起稳定系数、围护结构水平位移、控制性支撑构件应力等相关参数，得出以下结论：

(1)考虑潮汐作用时，在最危险的工作状态下，基坑两侧水位线相差较大，基坑土体对基坑的支护结构（如地下连续墙）产生的土压力也就相差很多，所以与不考虑潮汐作用时的工作状态相比，基坑会产生偏向一侧的整体位移，影响基坑的稳定性。

(2)当潮汐力周期作用时，基坑两侧水位线也会随之周期变化，基坑两侧的土压力差值也将不断变化，所以，基坑整体会产生往复的位移变化，可能会使基坑的支护结构或支撑结构由于疲劳产生破坏。

(3)由于本工程中基坑较深，而冻结深度仅为1.0m，所以此时冻胀力对基坑的稳定性影响不大。

(4) 对比考虑冻胀力与潮汐作用、不考虑冻胀力与潮汐作用以及不考虑冻胀力但考虑潮汐作用的三种情况，基坑的整体稳定安全系数、地下连续墙的最小抗倾覆稳定系数和抗隆起稳定系数相差不大，但构件内力（腰梁最大弯矩、内支撑最大弯矩、内支撑最大轴力、立柱最大弯矩、立柱最大剪力）相差较大，所以为了保证各个构件的安全，设计时必须考虑冻胀力与潮汐力的作用。

关键词：冻胀力、潮汐力、基坑稳定性、构件应力

Abstract

In recent years, with the rapid development of the national economy in China's coastal areas, the demand for cross - sea traffic has also been increasing. During the construction of tunnels, it is necessary to excavate the deep foundation pit in the offshore area, and due to cyclical tidal changes, the sea level will produce fluctuations in the phenomenon, which will affect the offshore water level, and change the groundwater system. Especially in the construction of foundation pit, soil frost heave will cause frost heave stress of large foundation pit. In order to deep foundation pit supporting structure stress and deformation influence. This paper takes a coastal foundation pit in Dalian sea tunnel project as model, combined with the actual hydrogeological conditions to calculate the earth pressure, frost heave force and tidal force and other multi-physical field coupling load, using Lizheng software to establish offshore deep foundation model, under the influence of tidal force and frost, and analyses the stability coefficient of the foundation pit, the anti-overturning stability coefficient, the stability coefficient of the anti-uplift, the horizontal displacement of the envelope, the stress of the control support member and so on. Then draw the following conclusions:

(1) Considering the tidal effect, in the most dangerous working condition, the water level line on both sides of the foundation pit is quite different, and the earth pressure caused by the excavation structure of the foundation pit(such as underground continuous wall) is much different. Tidal effect of the working state compared to the foundation pit will produce the side of the overall displacement, affecting the stability of the foundation pit.

(2) When the tidal cycle effect, on each side of the pit water line will follow the cycle change, soil pressure difference on both sides of the pit will continue to change, so the overall displacement of foundation pit will produce reciprocating, may make the structure of the foundation pit supporting structure or supporting production due to fatigue damage.

(3) Because the depth of foundation pit in this project is deep, the freezing depth is only 1.0m, so the frost heave force has little influence on the stability of the foundation pit.

(4) Comparing three cases, the minimum coefficient of overturn stability and anti heave stability coefficient is not stable safety coefficient, the whole excavation of underground continuous wall, but the internal force (bending moment, maximum beam waist support maximum bending moment and internal support the maximum axial force and maximum bending moment, maximum shear column column) is large, so in order to ensure the safety of each component, the design must consider the heaving force and the action of tidal forces.

Key words: frost heaving force, tidal force, foundation pit stability, component stress

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………………………… Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 论文研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 冻胀力研究现状 1

1.2.2 潮汐力研究现状 2

1.3 本文研究内容 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 本文创新点 3

第二章 冻胀力理论 4

2.1 水平冻胀力理论 4

2.2 切向冻胀力理论 6

2.3 法向冻胀力理论 6

第三章 潮汐力理论 8

3.1 潮汐现象特点 8

3.2 潮汐现象对工程施工的影响 8

第四章 土压力理论 11

4.1 库伦土压力理论 11

4.2 朗肯土压力理论 13

4.3 有限宽度土体的土压力理论 16

第五章 有限元方法简介 19

5.1有限单元法介绍 19

5.1.1 有限单元法原理 19

5.1.2 有限单元法分析步骤 19

5.2 软件介绍 20

5.3 建立模型 20

第六章 结果分析 25

6.1 考虑冻胀力和潮汐作用的结果 25

6.2 不考虑冻胀力和潮汐作用的结果 34

6.3 不考虑冻胀力但考虑潮汐作用的结果 43

6.3 对比分析 52

第七章 结论 53

致 谢 54

参考文献 55

第一章 绪论

1.1 论文研究的背景及意义

近些年来，在中国沿海地区的飞速发展使得我国对临海、跨海的交通需求也日益增加，需要建造大量的海底隧道。然而，在隧道的建设过程中，需要在近海开挖深基坑，在潮汐作用的影响下，基坑周围土体的地下水位会不断变化，从而对深基坑的支护结构受力以及变形产生影响^[1]，威胁到基坑的稳定性。

本文研究基于大连湾跨海隧道工程，该工程地处高纬度地区，其深基坑除了受到潮汐力的影响之外，还会受到土体产生的冻胀的影响。在温度低于冻结点的状况下，土体中的水冻结成冰会使土体体积膨胀，而且水分会由非冻结区移动到冻结区，使冻结区的含水量明显增加，冻胀量很大。土体的冻胀产生较大的冻胀力，同样也会对深基坑的稳定性造成威胁。在我国的国土面积中，存在21.5%的多年冻土和53.5%的季节冻土。在冻融循环作用的过程中，这些地区的深基坑极易发生破坏，这给基坑支挡结构施工的安全性造成了较大的隐患，也给工程施工单位的科研和设计带来诸多新的挑战。因此，在温度较低的地区建设基坑，就必须研究土体冻胀产生的冻胀力对支挡结构的影响^[2]。

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