地下工程开挖环境影响分析方法

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,地下工程,开,开挖环境,影,影响分析,方,方法,梁发云,黄,黄茂松,同济大学,2015-07-20,第十二届,全,全国土力,学,学及岩土,工,工程学术,大,大会,上,上海,汇报提纲,研究背景,一,土体自由位移场确定,二,建筑物变形承载能力确定,三,位移控制两阶段分析方法,四,基于建筑物承载能力的变形控制标准,五,结论与建,议,议,六,一、研究,背,背景,研究背景,被动桩,环境影响,土,层,层,移,移,动,动,地,下,下,工,工,程,程,开,开,挖,挖,对,对,周,周,边,边,既,既,有,有,建,建,（,（,构,构,）,）,筑,筑,物,物,的,的,保,保,护,护,设,计,计,和,和,施,施,工,工,从,从稳,定,定,控,控,制,制向变,形,形,控,控,制,制的,转,转,变,变,地,下,下,工,工,程,程,开,开,挖,挖,土,层,层,位,位,移,移,场,场,周,边,边,结,结,构,构,物,物,响,响,应,应,地下工程开挖对邻近建筑物变形及环境影响分析,地,下,下,工,工,程,程,开,开,挖,挖,引,引,起,起,的,的,土,土,体,体,位,位,移,移,场,场,因,因,土,土,层,层,条,条,件,件,、,、,围,围,护,护,结,结,构,构,形,形,式,式,、,、,施,施,工,工,过,过,程,程,等,等,不,不,同,同,而,而,各,各,有,有,差,差,异,异,建,（,（,构,构,）,）,筑,筑,物,物,自,自,身,身,抵,抵,抗,抗,变,变,形,形,的,的,承,承,受,受,能,能,力,力,有,有,所,所,差,差,异,异,存在问题：,难以给出统一的基坑变形控制标准,研,究,究,背,背,景,景,处,于,于,土,土,体,体,位,位,移,移,场,场,影,影,响,响,范,范,围,围,的,的,建,建,（,（,构,构,）,）,筑,筑,物,物,附,附,加,加,变,变,形,形,分,分,析,析,涉,涉,及,及,复,复,杂,杂,的,的,结,结,构,构,物,物,与,与,土,土,体,体,的,的,相,相,互,互,作,作,用,用,现,行,行,上,上,海,海,基,基,坑,坑,工,工,程,程,技,技,术,术,规,规,范,范,：,：基,坑,坑,变,变,形,形,设,设,计,计,控,控,制,制,指,指,标,标,基坑环境保护等级,围护结构最大侧移,坑外地表最大沉降,一级,0.18%H,0.15%H,二级,0.3%H,0.25%H,三级,0.7%H,0.55%H,H,为,基,基,坑,坑,开,开,挖,挖,深,深,度,度,（,（,m,）,不,足,足,之,之,处,处,：,没,有,有,充,充,分,分,考,考,虑,虑,基,基,坑,坑,周,周,边,边,环,环,境,境,（,（,保,保,护,护,对,对,象,象,）,）,自,自,身,身,抵,抵,抗,抗,附,附,加,加,变,变,形,形,的,的,能,能,力,力,环,境,境,保,保,护,护,等,等,级,级,定,定,义,义,标,标,准,准,模,模,糊,糊,，,，,对,对,保,保,护,护,对,对,象,象,类,类,型,型,、,、,基,基,坑,坑,开,开,挖,挖,距,距,离,离,等,等,确,确,定,定,较,较,为,为,粗,粗,略,略,。,。,研,究,究,背,背,景,景,研,究,究,思,思,路,路,开,挖,挖,深,度,度,围,护,护,结,结,构,构,最,最,大,大,侧,侧,向,向,变,变,形,形,结,构,构,物,物,抵,抵,抗,抗,附,加,加,变,变,形,形,的,的,能,能,力,力,判,别,别,依,依,据,据,最,终,终,控,控,制,制,位,位,移,移,标,标,准,准,地下工程开挖,自由土体位移场,周边结构物响应,需,解,解,决,决,的,的,关,关,键,键,问,问,题,题,：,：,（,1,）,建,建,立,立,自,自,由,由,土,土,体,体,位,位,移,移,场,场,的,的,经,经,验,验,预,预,测,测,曲,曲,线,线,（,2,）,基,基,于,于,位,位,移,移,控,控,制,制,的,的,分,分,析,析,方,方,法,法,（,（,DCM,）,位,移,移,控,控,制,制,分,分,析,析,方,方,法,法,（,（,DCM,）,直,接,接,从,从,变,变,形,形,控,控,制,制,标,标,准,准,的,的,角,角,度,度,，,，,对,对,周,周,边,边,结,结,构,构,物,物,的,的,保,保,护,护,转,转,变,变,为,为,控,控,制,制,基,基,坑,坑,围,围,护,护,结,结,构,构,的,的,变,变,形,形,，,，,建,建,立,立,基,基,坑,坑,开,开,挖,挖,深,深,度,度,与,与,周,周,边,边,环,环,境,境,变,变,形,形,之,之,间,间,联,联,系,系,，,，,避,避,免,免,了,了,复,复,杂,杂,的,的,开,开,挖,挖,过,过,程,程,模,模,拟,拟,。,。,优,点,点,和,和,特,特,点,点,提,出,出,基,基,于,于,保,保,护,护,对,对,象,象,变,变,形,形,能,能,力,力,的,的,分,分,析,析,方,方,法,法,，,，,概,概,念,念,清,清,晰,晰,，,，,简,简,单,单,易,易,行,行,，,，,细,细,化,化,了,了,规,规,范,范,的,的,分,分,析,析,精,精,度,度,，,，,适,适,合,合,于,于,规,规,范,范,的,的,推,推,广,广,应,应,用,用,。,。,位,移,移,控,控,制,制,分,分,析,析,方,方,法,法,（,（,DCM,）,二、自由土,体,体位移场确,定,定,自由土体位,移,移场,基坑自身变,形,形性状,围护墙的侧,向,向变形,地表横向、,纵,纵向沉降曲,线,线,土体沉降沿,深,深度变化规,律,律,土体侧向变,形,形沿水平向,变,变化规律,横向：,x,轴方向,纵向：,y,轴方向,自由土体位,移,移场确定：现场实测、,经,经验统计或,理,理论分析,土体侧向变,形,形沿水平向,变,变化规律,基于位移控,制,制有限元方,法,法对,290,条土体侧向,变,变形曲线进,行,行了归一化,分,分析，得到,上,上海软粘土,地,地区板式围,护,护基坑体系,坑,坑外土体侧,向,向变形沿水,平,平向的衰减,变,变化规律。,给定变形曲,线,线的最大位,移,移控制值即,可,可确定曲线,的,的形状,三、建筑物,变,变形承载能,力,力确定,建筑物,砌体承重结,构,构,框架结构独,立,立基础,框架结构桩,筏,筏基础,构筑物,市政管线,建（构）筑,物,物类型,变形承受能,力,力确定：规范规定、,经,经验统计或,设,设计控制指,标,标,建筑物变形,容,容许指标,上海地基,全,全国地基,规范,规,规,范,范,管线控制位,移,移与倾角,相关参考,绝对位移,(cm),每节管差异沉降,(cm),倾斜角度,(,),城市施工专用地下管线的保护,1,1,0.114,上海市政部门,11.5,11.5,0.1140.172,广州地区建筑基坑支护规定,/,1.25,0.143,北京地铁、重庆地铁施工相关技术标准,/,/,0,.146,地铁施工对管线的影响,/,1,0.114,德国建筑标准,/,0.51,0.0570.114,管线变形控,制,制,建议管线倾,斜,斜角控制标,准,准：,0.1,四、位移控,制,制两阶段分,析,析方法,位移控制分,析,析方法,不关注详细,的,的基坑开挖,施,施工过程，,在,在应力自由,面,面施加位移,边,边界条件来,模,模拟基坑开,挖,挖引起的应,力,力释放，该,方,方法的关键,是,是施加合理,的,的基坑开挖,应,应力自由面,的,的位移边界,条,条件,。,易于实现复,杂,杂建筑物的,基,基坑开挖环,境,境影响分析,位移控制有,限,限元方法（,DCFEM,）,第一阶段：,分,分析开挖卸,荷,荷引起的周,围,围自由土体,应,应力场或位,移,移场,第二阶段：,将,将土体应力,场,场或位移场,施,施加于既有,结,结构物，分,析,析其产生的,附,附加位移和,内,内力,分析结果迅,速,速及时，适,用,用于基坑开,挖,挖对邻近建,筑,筑物基础及,市,市政管线的,影,影响,位移控制两,阶,阶段分析方,法,法,约束位移,=,h,(z)-,U,(z,),两阶段分析,方,方法,被动桩,背景,隧道开挖引,起,起土体位移,土体带动管,线,线变形,土体,简化为,弹簧,管线,简化为,地基梁,基于,Winkler,模型的弹性,地,地基梁问题,开挖对管线,影,影响：简化,示,示意图,柔度指标,竖向地基模量,土体自由位,移,移,基于,Winkler,模型的弹性,地,地基梁方法,开挖对桩基,影,影响：简化,示,示意图,地基反力法,求,求解被动桩,水平向地基模量,地基模量,k,应该如何选,取,取呢？,基于,Winkler,模型的弹性,地,地基梁方法,在目前的计,算,算当中较多,采,采用,Vesic,地基模量：,Attewell,等,（,1986,）,在研究隧道,开,开挖对邻近,管,管线影响时,，,，建议采用,扩,扩大,2,倍,的,Vesic,模量近似模,拟,拟管土接触,条,条件,。,Klar,等,（,2005,）在研究该,课,课题时认为,：,：为了使基,于,于,Winkler,模型的计算,结,结果与弹性,理,理论法计算,结,结果一致,Vesic,模量,需要扩大,2,倍,甚至更多。,地基模量,k,选取,Vesic,模量的假定,：,：,无限长梁,放置于地表,受集中荷载,适用条件：地表的弹性,地,地基梁,地基模量,k,选取,Vesic,模量假定与,现,现实问题的矛盾：,1,）管线和桩,的,的埋深不可,忽,忽略,Vesic,模量忽略埋,深,深是导致计,算,算结果偏小,的,的主要原因,2,）被动状态,下,下的管线和,桩,桩受到了土,体,体位移作用,管线、桩在,土,土体位移和,外,外力直接作,用,用下的变形,和,和受力特性,是,是不同的,需要一个满,足,足上述要求,的,的被动地基,模,模量,地基模量,k,选取,被动地基模,量,量的提出,Vesic,离散分布外,力,力为集中力,离散任意土,体,体位移为标准单位位,移,移,被动地基模,量,量的提出,如何得到,Vesic,模量,1,）推导弹性半空间,模,模型地表无限长,梁,梁受集中力作用位移解,2,）推导,Winkler,模型下无限长梁,受,受集中力作用位移解,3,）拟合上述,两,两组解得到,Vesic,模量,被动地基模,量,量,1,）推导弹性半空间,模,模型地表无限长,梁,梁标准位移作用的位移,解,解,2,）推导,Winkler,模型下无限长梁,受,受标准位移作用的位移,解,解,3,）拟合上述,两,两组解得到,被,被动地基模,量,量,被动地基模,量,量的提出,b,为梁的半宽,，,，,h,为埋深,被动地基模,量,量的提出,利用水平向,Mindlin,解和,Kevlin,解获得任意深度水平被动地,