论文总字数：28455字

摘 要

随着世界科技的发展，城市化水平的迅速提高，基坑开挖工程变得越来越多，并且由于材料技术的进步，支护结构发展多种多样，使得基坑工程设计复杂多变。加上当今城市用地非常紧张，周边的重要构筑物以及地下管线等设施的限制，基坑支护结构的设计面临着严峻的挑战，而预留土台的应用是针对这一问题一个良好的解决方案。

本文介绍了基坑工程发展现状，进行基坑工程预留土台补偿支挡结构设计计算整个过程。首先列举三个不排水抗剪强度计算公式，选取了我国常用的有效应力固结法计算抗剪强度，再通过基坑开挖后的应力场，分析基坑稳定性问题，初步得到塑性区；其次，进行基坑开挖支护结构受力分析，将支护结构看做被动桩，桩的嵌固段以上为悬臂梁，下部分嵌固段为地基梁，分别列出微分控制方程并求其解析解，得到支护结构应力分布情况；最后根据预留土台的作用机制和设计方法，选取图解法完成基坑被动区预留土台补偿支护结构设计，给出工程实例，利用Fortran语言得到结论。

关键词：基坑工程，预留土台，支挡结构，不排水抗剪强度，应力场，被动桩

Abstract

Nowadays, the urbanization increases with the development of science and technology, leading to more and more excavation engineering. Due to the advances of the material science, supporting structures varies in types which increases the design complexity in foundation pit engineering. Combining with the land tension and the limitation of surrounding structures and underground pipelines, the design and construction of foundation pit supporting structures faces severe challenges. Reserved soil table is one of the practical solutions.

This paper introduces the development of foundation pit engineering and the whole design process of the reserved soil table in foundation pit engineering. Firstly, effective stress consolidation method was selected from three common undrained shear strength formula. The stability analysis of foundation pit was performed through the stress field after excavation and the plastic zone was determined. Secondly, stress of support structures was analyzed. Treating supporting structures as passive piles, so the part above the embedded selection can be seen as cantilever beam and the embedded selection can be seen as foundation beam. The stress distribution of the supporting structures was determined by analytical solutions of differential equations. Finally, according to the mechanism and design of the reserved soil table, graphical method was selected to design the compensating supporting structures in passive zone of pits. An engineering example was also given and conclusions were gained using Fortran language.

Keywords: Foundation pit engineering, reserved soil table, supporting structure, undrained shear strength, stress field, passive pile

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2项目研究背景和意义 1

1.3国内外研究现状 2

1.3.1 边坡稳定性研究现状 2

1.3.2基坑支护结构的发展与现状 3

1.3.3 预留土台研究方法和现状 5

1.4 本文技术路线及主要的研究内容 12

第2章 基坑隆起稳定性分析 13

2.1软黏土的不排水抗剪强度 13

2.1.1 Mesri 法 13

2.1.2 Ladd 法 14

2.1.3有效固结应力法 15

2.2 基坑开挖应力场分布 17

2.2.1堆载情况下应力场 17

2.2.2卸载情况下应力场 19

2.3 基坑塑性区分析 20

2.4本章小结 23

第3章 基坑支护桩内力计算分析 24

3.1基坑支护受力分析 24

3.2 支护结构分析计算 24

3.2.1支护结构微单元控制方程 25

3.2.2 轴力不变的支护悬臂梁 27

3.2.3 轴力变化的支护地基梁 29

3.3 本章小结 33

第4章 工程实例分析 35

4.1工程概况 35

4.2 支护结构受力计算 36

4.2.1 支护结构及土台设置情况 36

4.2.2 预留土台对支护的作用力 37

4.2.3 支护悬臂梁整体受力计算 39

4.3 Fortran程序计算分析 40

4.3.1 程序输出结果 40

4.3.2结果分析 42

4.4 本章小结 43

第5章 结束语 44

5.1 主要结论 44

5.2 存在的问题与展望 44

参考文献 46

致 谢 48

第1章 绪论

1.1引言

随着世界经济和材料技术的发展，近三十年来，基坑工程技术得到很大的进步，特别是在二十世纪九十年代，我国城市大量的高层建筑拔地而起，使得相应深基坑工程也得到了大力的发展^[1]。但由于基坑工程的特点，时常遇到各种各样不同的施工和设计问题，使得基坑工程越发引起人们的重视。

当今世界材料的高速发展也使得基坑支护方案多种多样，城市周围环境的限制和用地的紧张限制了大量支护方案，高层建筑也造成深基坑高层的普遍化，而城市深大基坑开挖预留土台成为处理基坑支护结构水平位移过大或者破坏失稳的一项简易快捷方便的方法，但其理论研究甚少，工程上高度依靠经验进行设计，造成大量的浪费与不便。

1.2项目研究背景和意义

近年来，城市中心建构筑物群集中地块的单体超大面积深基坑工程实践不断增加，提升了城市地下空间资源的利用效率和运营质量，因此它成为城市中心区域地下空间开发利用的重要方向之一。城市单体超大基坑开挖支护主要发展趋势有：①整体平面超长内撑的传统支护顺作法的技术经济合理性降低；②红线退界限制了放坡敞坑大开挖的可行性；③坑外复杂环境与红线退界制约了锚撑应用；④施工技术精细复杂与出土效率偏低制约了全逆作方案应用。

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