与基坑底面以上水平土压力的计算方法比较起来,基坑底面以下的水平土压力的分布模式和计算方法都更为复杂。根据工程实践的结果来看,适用传统的经典土压力理论确定的基坑支护参数偏于保守,可是依据经典理论的主动土压力作为水平荷载似乎又是可能的水平荷载的最小值,从而造成经典土压力理论在分析基坑底面以下水平荷载时与实践结果的矛盾,需要提出新的水平荷载分布理论(假定)模式,并从工程实践中不断加以验证,以期达到理论和实践的逐步统一。
5.4.5.1 单元计算
围护地下连续墙结构施工阶段沿基坑周边取单位长度按弹性地基梁计算。地层对墙体的作用采用等效弹簧进行模拟。考虑各施工阶段施工参数变化、墙体位移的影响,满足强度及变形控制的安全稳定性要求。
围护地连墙单元计算模型见图5-47,单元计算结果见图5-48。
图5-47 地连墙单元计算模型(单位:m)
图5-48 地连墙单元计算结果
5.4.5.2 整体计算
采用空间整体协同有限元计算方法,考虑了支护结构、内支撑结构及土空间整体协同作用的线弹性有限元计算方法。
连续墙支护结构侧向约束条件同单元计算模型,底部约束为不动铰支座。网格剖分原则如下:
竖向剖分:以竖向土层、支撑等关键点来确定,同时还须考虑相邻墙的影响;
横向剖分:取墙长的1/10,如大于1m,取为1m,如小于竖向剖分长度的一半,取竖向剖分长度一半。
围护地连墙整体计算模型见图5-49,有限元计算结果见图5-50~图5-52。
图5-49 地连墙整体计算模型(www.xing528.com)
图5-50 地连墙内力(弯矩—竖向)
图5-51 地连墙内力(弯矩—水平)
图5-52 地连墙位移(三维)
从理论上讲,有限元法可精确地预测围护墙的变形、基底隆起、墙后地表沉降及周围地层的移动,预测周围建筑物地下构筑物、管线的变化等,因而是一种非常有用的方法,然而,从目前实际应用来看,有限元法的计算结果并不一定都理想,和实际情况还可能有差异,这是因为:
(1)变形涉及的土体很大,而有限元计算中往往由于条件的限制而人为缩小计算范围;
(2)墙和支撑的施工工艺、工序的不同使作用在墙体上的土压力难以精确,土的蠕变使土压力值时而不断变化;
(3)土的参数由于受施工工况、应力路径等众多因素的影响尚不能准确测定;
(4)土的本构关系尚不能正确模拟土的实际应力-应变关系;
(5)施工单位的施工工艺、熟练程度、仔细程度不同,施工对土层的扰动程度不同;
(6)周边超载常为未知,等等。
目前各地区仍以半经验的实用公式为主,但估算地层变形以深入了解坑周地层中土体位移场特性,首推连续介质有限元法。
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