基坑開挖引起土體側(cè)移對樁的影響

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1、浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院畢業(yè)論文外文翻譯陳若曦2005年6月外文翻譯基坑開挖引起土體側(cè)移對樁的影響H．G．Poulos，F(xiàn)ellow，ASCE，andL.Chen摘要：在這篇論文中，我們將應(yīng)用有限元分析法和邊界元法分析基坑開挖引起的土體側(cè)向位移對單樁的影響。具體要關(guān)注在黏土層中有支撐系統(tǒng)的基坑開挖情況。將考慮不同直徑樁體的土體側(cè)移的影響。用設(shè)計(jì)圖表法的形式來估算樁的彎矩和偏移。這些工作可能已經(jīng)被實(shí)際的工程師們用來估算基坑開挖時(shí)對樁性質(zhì)的影響大小。我們將應(yīng)用圖表法的形式通過研究兩件已經(jīng)發(fā)生的歷史案例來進(jìn)行闡述。通過分別用圖表和計(jì)算機(jī)分析的方法來比較已測樁和預(yù)測樁，我們發(fā)現(xiàn)圖表法可以推

2、廣應(yīng)用到相近類型的其他土體中，但不能應(yīng)用到無支撐的基坑中。引言：有許多例子可以說明由于基坑開挖引起土體側(cè)移而對樁基的影響甚至破壞。例如：Finnoetal（1991）、Amirsoleymani（1991）和Chu（1994）。因此對于工程師來說要能夠估計(jì)建造工程時(shí)，基坑開挖對鄰近樁群的影響是十分重要的。從理論上來說，有限元分析法可以用來做那樣的估計(jì)而且確實(shí)是一種有效的方法。像上面闡述的Finnoetal（1991）和Haraetal（1991）都是用此法分析的。盡管如此，在許多情況下，由于缺乏詳細(xì)的地址或者巖土信息，有限元法分析既不安全，使用時(shí)又不靈活，在那種情況下，利用合理

3、的原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)簡單的圖表法可能更適用。最初發(fā)展這種圖表形式的意圖是為現(xiàn)在的工作服務(wù)的。25浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院畢業(yè)論文外文翻譯陳若曦2005年6月盡管基坑開挖將會引起土體豎向和側(cè)向位移，但后者的影響因素被認(rèn)為對鄰近樁的影響更加關(guān)鍵，尤其是混凝土樁，因?yàn)闃锻ǔＴ谠O(shè)計(jì)時(shí)很少考慮大的側(cè)向荷載。因此，現(xiàn)在研究的樁都只是考慮基坑開挖引起土體側(cè)向位移對其影響，它們的影響可以同時(shí)用有限元法和邊界元法同時(shí)考慮。有限元法可以用來首先模擬基坑開挖的過程和確定自由場地土體的位移，也就是土體的位移發(fā)生在沒有樁存在的情況下。這些確定的土體側(cè)移數(shù)據(jù)將作為一個(gè)初始進(jìn)量用邊界元法分析樁的反應(yīng)情況。樁體的反應(yīng)（

4、如彎矩和偏移）將作為結(jié)果以圖表的形式反映出來，既而將應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中去，我們將分析歷史上發(fā)生的工程案例去闡明現(xiàn)行方法的可應(yīng)用性。問題分析問題的分析將顯示在圖1中。在圖1中，單樁埋在離基坑附近的土中，隨著基坑的開挖，周圍的土體將朝著開挖方向移動(dòng)，這會引起樁的彎矩和偏移變化，影響單樁反應(yīng)的關(guān)鍵因素包括基坑開挖的空間大小，基坑的支撐狀況，施工的過程，土的性質(zhì)和樁的性質(zhì)。為了簡化問題起見，圖1中的土體是一種典型的粘土?；蛹俣ㄊ菬o限長的，因此符合二維平面應(yīng)變分析條件。圖1基本問題分析基本問題的分析和參數(shù)的選擇都顯示于圖1中。B=基坑的半徑；H=整個(gè)原粘土層的厚度；X=樁距基坑邊緣表面的距

5、離；=土體的不排水的抗剪強(qiáng)度；=土體的楊式模量；r=單位土體的重度；=樁長；d=樁的直徑；=擋土墻的剛度；s=支撐的剛度；=擋土墻的長度；=基坑的開挖的最大深度?；娱_挖從頂部到底部分為10個(gè)步驟，每一步都挖走1m厚的土層，擬定有四個(gè)水平支撐支持當(dāng)墻。第一道支撐在第一步開挖后設(shè)置，其余三道支撐分別在第4步、第7步和第10步開挖工作完成后加設(shè)，所有支撐都沒有預(yù)先加力。25浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院畢業(yè)論文外文翻譯陳若曦2005年6月通?；娱_挖的深度可以用一個(gè)眾所周知的穩(wěn)定參數(shù)表示，的表達(dá)式如下：=（1）有限元法和邊界法分析二維的有限元方法來模擬沒有樁情況下基坑開挖的平面應(yīng)變問題。這種

6、有限元法又被稱為AVPULLC（分析在側(cè)向荷載作用下的垂直樁），在其他地方也有陳述（詳見chen和poulos1993；chen和poulos1994；chen1994）。此法最早用于分析側(cè)向荷載作用下或側(cè)向土體位移中群樁的反應(yīng)情況；隨后經(jīng)過改進(jìn)使之適用于基坑開挖時(shí)的分析。用8節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)來形成土體和擋土墻，而goodman類型的元素用來形成土和擋墻的分界面。在本次研究中，墻與土體的分界面假定是粗糙的，也就是說沒有發(fā)生滑移，支撐被看作是彈簧，它的剛度是由各支撐節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的位置所決定的。土體和邊界元素看成是彈—塑性材料，服從Tresca屈服準(zhǔn)則和不相適應(yīng)流動(dòng)法則。擋土墻被視為線彈

7、性材料。應(yīng)該指出，根據(jù)Hashash和Whittle（1992）分析，用有限元法計(jì)算的土體的位移是依靠組成土體的成份模型而得出的。這種相對簡單的彈塑性土模型應(yīng)用在目前的研究中可能因?yàn)闆]有考慮土體的質(zhì)量特別是在很高的穩(wěn)定系數(shù)的情況下（接近于6）而不能獲得固定的應(yīng)變值而導(dǎo)致錯(cuò)誤。有限元網(wǎng)法用來分析如圖2所示的基本問題，由于對稱性，這里只模擬了一半基坑的情況。在有限元模擬中，擋墻假定設(shè)置在基坑前面，它對于周圍土體沒有影響。用有限元法計(jì)算的土體位移將作為用邊界元法分析樁的反應(yīng)的初始數(shù)據(jù)，邊界元法有稱