（岩土工程专业论文）深基坑分层开挖支护对环境建筑物的影响.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着城市建设的发展以及旧城改造的推进，基坑工程正向大深度、大面积方 向发展，而且，经常在密集的建筑群中施工，场地狭窄，临近常有必须保护的永 久性建筑和市政公用设施，对基坑稳定和位移控制的要求非常严格。特别是有些 工程的基础紧临已有建筑物和构筑物的基础，这种环境中的深基坑工程，如果应 用现有的基坑工程设计理论( 强度和稳定性考虑) 和常规施工方法已经很难满足 保护周围环境的要求，很多场合需要以变形作为控制条件 3 4 1 。虽然很多学者在对 基坑变形控制的方面做了很多的研究，但是在寻求基坑开挖过程中基坑支护结构 的变形，周围地层的变形和周围建筑物三者之间的变形关系、规律仍有存在许多 需要解决的问题。 为了得到基坑开挖过程中建筑物和支护结构的变形规律，本文通过大型通用 分析软件a n s y s ，将基坑、支护结构和建筑物作为个系统来研究。对某地区 地层，进行数值模拟： 首先对周围没有建筑物的情形做了模拟研究，采用分层开挖的施工方式，分 析了土体在没有支护和悬臂支护情况下，开挖过程中基坑的变形情况，分析了两 者之间的不同之处。接着主要模拟了建筑物距离基坑不同距离的情况下，采用不 同的支护形式：悬臂桩支护；悬臂桩加一层锚杆支护；两层锚杆支护和三层锚杆 支护的情形周围建筑物的水平位移和沉降( 不均匀沉降和绝对沉降) 的变形情况， 总结其在分层开挖过程中的变化规律。得到对一些基坑工程设计和施工有工程实 际意义的结论。 关键词：深基坑分层开挖水平位移不均匀沉降数值模拟 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fu r b a nc o n s t r u c t i o na n dr e c o n s t r u c t i o n , t h ep r o j e c to f f o u n d a t i o np i tg o e si n t ol a g e rs c a l ea n dd e p t h m e a n w h i l e , i ti sg e n e r a l l y 蛐f f o u n d e d b yd e n s eb u i l d i n g s t h ew o r k i n gs p a c ei sv e r yn a r r o wa n dt h e r ea r ea l w a y ss o m e p e r m a n e n tc o n s t r u c t i o na n dp u b l i cs e r v i c ew h i c hm u s tb ep r o t e c t e d t h e r e f o r e ，t h e r ei s ah i 班r e q u i r e m e n to ft h es t a b i l i t yo ff o u n d a t i o np i ta n dt h ec o n t r o lo fd i s p l a c e m e n t , e s p e c i a l l yw h e ni ti sc l o s et ot h ef o u n d a t i o no fs o m ec o n s t r u c t i o n i ti sr a t h e rd i f f i c u l t t om e e tt h en e e do f p r o t e c t i n gt h es u r r o u n d i n gc o n s t r u c t i o nu n d e rt h ep r o j e c td e s i g no f f o u n d a t i o np i ta n di th a st od e f o r mi nm o s tc a s e s a l t h o u g h , m a n ys c h o l a r sh a v e a l r e a d ys t u d i e dal o ti nt h ec o n t r o lo f t h ef o u n d a t i o np i td e f o r m a t i o n , t h e r es t i l lr e m a i n s m a n yq u e s t i o n sn e e dt os o l v ei ns e e k i n gt h er e l a t i o na n dr u l ea m o n gt h ed e f o r m a t i o n o f f o u n d a t i o np i tb r a c i n g , s t r a t u ma n d b u i l d i n g sa r o u n dt h ef o u n d a t i o np i t i no r d e rt of i n do u tt h ed e f o r m a t i o nr u l e so f c o n s t r u c t i o na n db r a c i n gs t r u c t u r ei nt h e p r o c e s so ff o u n d a t i o np i te x c a v a t i o n , t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e s t h ef o u n d a t i o np i t , b r a c i n gs 劬c t i l i a n dc o n s t r u c t i o ns y s t e m a t i c a l l yw i t ha n a l y s i ss o f t w a r ea n s y s i n t h ed i s s e r t a t i o n , w ee m p l o yt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nt oc e r t a i ns t r a t u m f i r s t , w es t u d y t h es i t u a t i o nw i t h o u tc o n s t r u c t i o ni ns i m u l a t i o n , a n dw ea n a l y z et h ed e f o r m a t i o no f f o u n d a t i o np i tu n d e rb o t ht h ec i r c u m s t a n c e sw i t h o u tb r a c i n ga n dw i t hc a n t i l e v e rp i l e u s i n gt h ec o n s t r u c tw a yo fl a y e r e de x c a v a t i o n w ea l s oc o m p a r et h ed i f f e r e n c e b e t w e e nt h et w oc i r c u m s t a n c e s s e c o n d w es i m u l a t et h eh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n ta n d t h es e t t l e m e n to ft h es u r r o u n d i n gb u i l d i n g su n d e rt h ed i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e si nw h i c h t h ed i s t a n c eb e t w e e nc o n s t r u c t i o n sa n df o u n d a t i o np i td i f f e r sa n dw en s ef o u rd i f f e r e n t b r a c i n gf o r m a t i o n s ：c a n t i l e v e rp i l eb r a c i n go n l y ；c a n t i l e v e rp i l eb r a c i n gw i t ho n el a y e r o fa n c h o rp o l e s ；c a n t i l e v e rp i l eb r a c i n gw i t ht w ol a y e r so fa n c h o rp o l e sa n dc a n t i l e v e r p i l eb r a c i n gw i t ht h r e el a y e r so f a n c h o rp o l e s t h e n , w ec o n c l u d et h ec h a n g i n gr u l e si n t h ep r o c e s so fl a y e r e de x c a v a t i o nu n d e rt h ef o u rd i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e s f i n a l l y , w e g e ts o m ec o n c l u s i o n s w h i c ha g ev a l u a b l ef o rd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no f f o u n d a t i o np i t k e y w o r d s ：f o u n d a t i o np i t , l a y e r e de x c a v a t i o n , u n e v e ns e d i m e n t a t i o n , n u m e r i c a l s i m u l a t i o n i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：豫弼棒签字日期：刎7年月厂日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重麽太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ，乙z ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：解黧炜 导师签 签字日期：秒刁年厂月f e t 签字吼节 o 9 h 时，其效果不 明显，一般采用0 5 , - , 0 8 h 。对于变形控制要求严格的基坑，可适当增加插入深度 3 3 1 ，本文采用0 8 h ，即入土深度为8 m 。 3 4 计算内容 计算内容包括两部分： 基坑周围没有建筑物：此方案分设一层锚杆、两层锚杆、设三层锚杆三种 情况； 基坑周围有建筑物：此方案分为建筑物距基坑0 5 h 、1 h 、1 5 h 、2 h 四种 情况进行模拟，其中h 为基坑开挖深度。即距离分别为5 m 、1 0 m 、1 5 m 、2 0 m 。 在每种情况下又分悬臂桩开挖和桩锚开挖，其中桩锚开挖中分一层锚杆、两层锚 杆和三层锚杆。 重庆大学硕士学位论文3 基坑开挖的有限元分析 整个数值计算工程与实际施工过程完全一致，具体步骤如下： 对没有建筑物和基坑的土体进行重力作用下的平衡计算，获得土体的初始 应力状态。 模拟开挖周围建筑物的基坑，建立建筑物的模型，进行建筑物自重作用的 下的平衡计算，以获得基坑开挖前土体的应力状态。 基坑开挖分五步，每步开挖2 m 。 下面是基坑开挖数值模拟步骤： 定义变量、单元类型、材料特性； 建立基坑和支护结构模型，根据基坑开挖尺寸的对称性，只取计算域的二 分之一作为研究对象。 模型中岩土体根据场区内地质类别分为四层，即杂填土、粉质黏土、砂土、 卵石。 施加约束条件：左面施加x 方向上的约束，使其不能水平位移。底部施加 x 、y 两方面的约束，使其不能上下左右移动；由于计算模型采用的是计算域的 一半，故右侧施加对称约束 “杀死”锚索、桩单元，并施加重力荷载，模拟土体在白重作用下自由沉降； 开挖部分后，“激活”桩单元，以后根据开挖支护的不同，在开挖过程中激活锚索 单元，模拟桩锚索施工完成后的情况； 逐层“杀死土体单元，模拟开挖卸荷过程。 数值计算。 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 4 数值计算结果及分析 4 1 数值模拟的目标及内容 本章主要探讨了几种工况下建筑物变形的情况： 无建筑物无开挖之土体在自重作用下，获得初始应力和初始位移； 无建筑物无支护基坑分步开挖，各个开挖阶段的基坑变形； 周围有建筑物基坑无支护分步开挖，各个阶段的基坑变形； 周围有建筑物基坑支护分步开挖，各个阶段周围建筑物的变形，包括水平 位移和沉降。 1 ) 悬臂桩支护情况下，建筑物水平位移、绝对沉降和不均匀沉降； 2 ) 桩锚支护情况下，建筑物水平位移、绝对沉降和不均匀沉降； a 一层锚杆支护； b 两层锚杆支护； c 三层锚杆支护； 不同建筑物距离情况下，基坑分步开挖过程建筑物水平位移、绝对沉降和 不均匀沉降； 1 ) 建筑物距离基坑5 m 时； 2 ) 建筑物距离基坑1 0 m 时； 3 ) 建筑物距离基坑1 5 m 时； 4 ) 建筑物距离基坑2 0 m 时； 对不同支护形式下，不同距离情况做了比较，得出了一些主要结论。 4 2 数值模拟的前期准备 4 2 1 第一阶段：基坑开挖前 基坑尚未开挖时，土体处于稳定状态，因此第一次计算应力场( 初始应力场) 应为土层自重应力场，而一次位移场计算时应置为零，初始应力场及初始位移场 分别如下图： 土体在自重力作用下经过历史长期固结产生下列的位移和应力。 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 图4 1 无建筑物甜，位移图图4 2 无建筑物o 应力矢量图 f i g 4 - 1 d i s p l a c e m e nd i a g r a m ( “。) w i t h o u tb u i l d i n gf i g 4 2 s t r e s sd i a g r a m ( c r y ) w i t h o u tb u i l d i n g 4 2 2 第二阶段：模拟周围有建筑物的基坑 该过程需要建立建筑物模型，进行建筑物自重作用下的平衡计算，获得基坑 开挖前的土体应力状态。 图4 3 有建筑物m ，位移图 f i g 4 3 d i s p l a c e m e nd i a g r a m ( “。) w i t hb u i l d i n g 在求得有建筑物的应力位移场后， 新启动求解器。进行基坑分步的开挖， 计算，很好的模拟了基坑的开挖过程， 筑物的影响。 图4 4 有建筑物0 0 应力矢量图 f i g 4 4 s t r e s sd i a g r a m ( 瓯) w i t hb u i l d i n g 开始进行开挖，需要重新返回主菜单，重 每一步都是在先前一步开挖的基础上接着 下一小节将会分析每一步开挖后对周围建 4 3 无支护时不同开挖深度的基坑变形 开挖深度为2 米时的位移 重庆大学硕士学位论文 4 数值计算结果及分析 图4 5 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 5 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a ma f t e r e x c a v a t i o n 图4 6 开挖后y 方向位移云图 f i g 4 6 v e r t i c a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a ma f t e r e x c a v a t i o n 开挖深度为4 米时的位移 - o l - - 4 二 7 、 一2 米 ， l j j 00 0 0 10 0 0 2n0 0 30 00 0 40 0 0 5 水平位移值 图4 7 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 7 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t c u r v e e x c a v a t i o nd e p t h o 一2 冀4 嫠- 6 _ 8 一1 0 图4 8 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 8 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a m a f t e r e x c a v a t i o n 、 一脒 ) 、 l 。j j 0o 0 0 2o 0 0 40 0 0 60 0 0 80 0 1 水平位移值 图4 1 0 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 1 0 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc u r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e p t h 重庆大学硕士学位论文 4 数值计算结果及分析 图4 9 开挖后y 方向位移云图 f i g 4 9 v e r t i c a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a m e x c a v a t i o n 开挖深度6 米时位移 图4 1 1 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 1l h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a ma 蛔 e x c a v a t i o n o - 2 蓑- 4 嫠- 6 8 一l o 图4 1 2 开挖后y 方向位移云图 f i g 4 1 2 v e r t i c a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a m a f t e r e x c a v a t i o n 4 0 一脒 、 一 1 j 00 0 0 5o o l0 0 1 50 0 2 水平位移值 图4 1 3 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 1 3 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc u r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e v t h 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 基坑开挖8 米时的位移 0 - 2 鬃- 4 嫠- 6 - 8 1 0 图4 1 4 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 1 4 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a ma f t e r e x c a v a t i o n 图4 1 5 开挖后y 方向位移云图 f i g 4 1 5 v e r t i c a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a ma f t e r e x c a v a t i o n 基坑开挖1 0 米时的位移 8 米 0n0 0 50 o ln0 1 5o 0 2o 0 2 5 水平位移值 o 一2 蓥q 嫠- 6 - 8 一1 0 图4 1 7 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 1 7 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a m a f t e r e x c a v a t i o n 4 1 图4 1 6 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 1 6 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc u r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e p t h 1 0 米 f 一1 咪、 l 1 o0 0 10 0 20 0 30 0 4 水平位移值 图4 1 9 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 1 9 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to _ 】t r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e p t h 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 坑底隆起 + 坑底隆起一 。严 051 01 52 0 基坑边缘距离 图4 1 8 开挖后y 方向位移云图图4 2 0 基坑底部隆起位移图 f i g 4 1 8 v e r t i c a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a m a f t e r f i g 2 0 i n t u m e s c ed i s p l a c e m e n to f f o u n d a t i o np i tb o t t o m e x c a v a t i o n 计算结果表明： 1 ) 随着基坑开挖深度的增加，地表面的水平位移也逐渐增大，当基坑开挖 2 m 、4 m 、6 m 、8 m 、l o m 时基坑的最大水平位移分别为：3 4 r a m 、8 8 m m 、1 4 r a m 、 2 2 m m 、3 0 8 m m ，再接着开挖土体将破坏。 2 ) 基坑开挖深度不同，最大水平位移的出现的位置也不同，开挖前两步时， 最大位移出现的位置是在开挖面以下的土体( 如图4 5 、4 7 ) ，这是因为坑内土体 被挖掉时坑内应力释放，坑外的土体向坑内移动所造成的。当超过4 米时，最大 水平位移的位置出现在基坑内，并随基坑开挖深度的增加而逐渐向下移动，主要 是因为坑边土体自稳能力有限，坑边的土体要向基坑内移动。( 如图4 8 、4 1 1 、 4 1 4 、4 1 7 ) 3 ) 在开挖面上有向上隆起的现象，且中心处的隆起量最大，不同开挖深度 的隆起量不同，开挖越深隆起量越大，这是由于解除了土体的自重应力，坑底土 将产生回弹。 4 ) 图4 2 1 、4 2 2 ( 以开挖l o m 为例分析) 比较基坑周边地表距离基坑不同 距离的竖向位移值看出有支护和无支护时的变化趋势是不同的：无支护的情况下 基坑边缘的沉降最大，主要是因为土体向基坑内移动造成的。但是在悬臂桩支护 的情况下，从图中位移可以看出最大沉降量不是出现在基坑的周边土体，而是在 离基坑一定的距离坑外离基坑2 m 处最大，随着离坑壁距离的增加，竖向位移值 减小，到3 0 m 以后基本处于稳定状态，以后的沉降主要是由于在初始地应力的存 在而造成的。 5 ) 从位移图上可以看出基坑在开挖面以下土体的变化情况，水平方向是向 基坑内侧方向，随着开挖深度的增加，土体移动的方向为基坑面方向，这就造成 0 5 l 5 2 5 3 5 4巾毗巾眈巾mn加n仉柚n呻 一 一 一 一 掣世蟮 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 了坑底土体隆起的原因。 地表沉降 图4 2 l 无支护坑基坑周边土沉降位移图 f i g 4 2 1 s e d i m e n t a t i o nd i s p l a c e m e n ta r o u n d f o u n d a t i o np i tw i t h o u tb r a c i n g 地袁沉降 图4 2 2 悬臂桩支护基坑周边土沉降位移图 f i g 4 2 2s e d i m e n t a t i o nd i s p l a c e m e n ta r o u n d f o u n d a t i o np i tw i t hc a n t i l e v e rp i l e 4 4 周围有建筑物无支护不同开挖深度的基坑变形 基坑开挖2 米基坑的水平位移 2 a 图4 2 3 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 2 3 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a m a f t e r e x c a v a t i o n 基坑开挖4 米基坑的水平位移 图4 2 5 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 2 5 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a ma f t e r e x c a v a t i o n ” 2 。、 t 1 、 - 4 ) 0 0 500 0 0 5o 0 10 0 1 5 水平位移 o 2 嫠_ 4 嫠- 6 - 8 1 0 图4 2 4 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 2 4 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc u r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e p t h 、 、 on0 0 50 0 1n0 1 5n0 2 水平位移 图4 2 6 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 2 6 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc u r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e p t h 砰# 啦鞋 # | | | 三蠹；| 竺差錾 辫城辍敞 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 基坑开挖6 米基坑的水平位移 图4 2 7 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 2 7 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a m a f t e r e x c a v a t i o n 基坑开挖8 米基坑的水平位移 0 - 2 蓑一t 嫠- 6 - 8 一l o o - 2 鬃- 4 嫠- 6 - 8 1 0 图4 2 9 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 2 9 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a ma f t e r e x c a v a t i o n 基坑开挖1 0 米基坑的水平位移 0 - 2 蓑- 4 嫠6 8 1 0 图4 3 1 开挖后x 方向水平位移云图 f i g 4 3 1 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tn e p h o g r a ma t t e r e x c a v a t i o n 、。 、 。) 、 ， 00 0 0 50 0 100 1 50 0 20 0 2 5 水平位移 图4 2 8 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 2 8 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc u r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e p t h 。 、 。 o0 0 10 0 20 0 3n0 4 水平位咎 图4 3 0 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 3 0 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc u r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e p t h 、 1 一 ) j一 ，一_ ? 00 0 10 0 2n0 3n0 4 0 0 5 水平位移 图4 3 2 基坑边缘沿深度分布的位移曲线 f i 9 4 3 2 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc u r v ea l o n g e x c a v a t i o nd e p t h 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 从上图可以看出基坑开挖使地面产生的水平位移规律有建筑物和没有建筑 物时候相同，即基坑变形随着开挖深度的增加而加大，且位移值比没有建筑物的 时候大的多；周围有建筑物时，基坑的变形受周围建筑物的影响很大，特别是建 筑物距离较近的时候。同时从建筑物的变形云图上可以看出，建筑物向基坑方向 倾斜，超过了建筑物允许值，可能造成该建筑的破坏。基坑变形过大，因此，必 须加支护才能保证两者之间的正常工作。下一节主要讨论有支护时数值模拟的成 果，并进一步进行分析。 4 5 支护时数值模拟成果及分析 以下成果为改变建筑物模型距离基坑的距离为5 m ，1 0 m ，1 5 m ，2 0 m 的情况，每 种情况下分为悬臂桩支护、桩加一层锚杆的支护、桩加二层锚杆支护及三层锚杆 的作用下等各种情况。为了模拟施工过程，采用分步开挖，每层开挖2 m 深度。 本节主要是分析如下图1 5 点的水平位移及沉降的变化规律，并进行对比分析。 f i g 4 3 3 i n s p e c t i n gp o l mo f w h o l em o d l e 4 5 1 锚杆层数对建筑物水平位移的影响 通过对悬臂桩支护，桩加一层锚杆的支护、桩加二层锚杆支护及三层锚杆等 四种支护作用的计算，获得锚杆层数对建筑物水平位移的变化规律。 建筑物距离基坑0 5 h ( h 为基坑开挖深度) 即5 m 时锚杆层数对测点位移 的影响 建筑物顶部的位移是两种情况下建筑水平位移的叠加。一是由于开挖以后土 体的流动导致的建筑物的整体水平位移，方向为朝基坑方向；二是由于建筑物倾 斜导致建筑物顶部的水平位移，方向可能朝基坑所在方向，也可能为朝偏离基坑 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 的方向。最终的位移值为两者的叠加。 慝 i 涩ll = 生三墟逝散 水平位移 图4 3 4 建筑顶部1 点的水平位移 f i g 4 3 4h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t l 圉 图4 3 5 建筑顶部2 点的水平位移 f i g 4 3 5h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t 2 建筑物距离基坑5 m 时，建筑物距基坑距离比较近。基坑开挖对建筑物的影 响比较大。随着开挖深度的增加，建筑物倾斜向着远离基坑的方向发展，主要是 由于建筑物的倾斜导致了建筑物顶部的水平位移偏离基坑方向。由图4 3 4 、4 3 5 可以看出在开挖一定深度内，水平位移出现减小的现象；超过一定的深度后，建 筑物顶部朝着基坑的方向发展，并且以后的发展趋势不变。还可以看出不同层数 的锚杆导致顶部水平位移的不同，随着层数的增加水平位移逐渐减少。 ： 一一一一一一 一 “ - 0 500 0 0 5n o ln0 1 5 水平位穆 f 硼 l ；譬矧 l 三副 图4 3 6 建筑底部部3 点的水平位移 f i g 4 3 6 h o f i z o n m ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t3 ” - 0 0 0 50o0 0 50 ，0 100 1 5 承平位移 图4 3 7 建筑顶部4 点的水平位移 f i g 4 3 7h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t 4 图4 3 6 、4 3 7 为建筑物底部的两端在不同的支护情况下的水平位移的变化情 况，可以看出两点的水平位移值和变化趋势都是一致的。建筑物底部的位移随着 基坑的开挖是向基坑方向所在的方向发展的，其变化率在开挖的前三步近似线性 发展，以后的位移变化率变化开始增大。 在一定的开挖深度内锚杆的层数对建筑物底部位移的变化影响不大，从图 4 3 6 、4 3 7 可以看出近似一条线。但是随着开挖深度的增加开始分开，从末端可 以看出：开挖结束后，建筑物底部的水平位移在悬臂时最大，在三层锚杆支护的 情况下最小。 ( - ) 鲻翳辅散 苗翳霉嗽嫠颦墩 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 醚 送 耀 束 桩顶水平位移( m ) 伊 z + 悬臂 少 + 一层锚杆 一女二层锚杆 * 一三层锚杆 厂 一u 0 20 0 00 0 2u 0 40 0 6 水平位移 图4 3 8 桩项的水平位移 f i g 4 3 8h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n gp o i n t5 图4 3 8 为桩顶的水平位移曲线，在开挖4 m ( 建筑物的埋深) 后变化趋势明 显加大。在实际工程中桩顶的位移最为重要，当桩顶的位移出现急剧增加的时候， 在施工过程中应加以注意，做好支护加固措施。主要原因是当桩顶位移大时可能 出现桩身的破坏，造成基坑的坍塌。 建筑物距离基坑1 h ( h 为基坑开挖深度) 即l o m 时锚杆层数对测点位移 的影响 图4 3 9 ，4 4 0 为建筑物顶部水平位移的发展曲线图，从图中可以看出，顶部 两侧的变化趋势是一致的。 对照图4 3 4 和图4 3 9 可以看出，距离基坑5 m 和l o m 建筑物顶部的水平位 移变化趋势是一致的，本例中悬臂支护时，建筑物顶部的水平位移最大；一层锚 杆时的最大位移是无锚支护的1 2 7 ，两层锚杆时减少2 1 8 ，三层锚杆时减少 3 2 7 。同一阶段比建筑物距离基坑5 m 时的绝对位移减少了很多。在下一节中 分析建筑物与基坑的距离对建筑物顶部位移的影响。 图4 3 9 建筑顶部l 点的水平位移 f i g 4 3 9 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t l 一一一一一一：；! ：；j 矿一 。f t 7 0 - 0 0 0 500 0 0 50 0 10 0 1 5 水平位移 图4 4 0 建筑顶部2 点的水平位移 f i g 4 4 0h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t 2 建筑物底部的水平位移发展平稳，随着开挖深度的增加，底部水平位移一直 4 7 匿 一柯辋扫 一锚锚垫一臂层层星 一悬一两三j + 一。+ | 趟聒辑崴 重庆大学硕士学位论文 4 数值计算结果及分析 朝着基坑方向发展，随着开挖深度的增加，水平位移逐渐增大。同5 m 状况的变 化规律一致。从下图可以清晰的看出， - 00 0 60m 5o0 1 水平位咎 图4 4 1 建筑底部3 点的水平位移 f i g 4 4 1h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o j n t3 加瞄00 5n 0 1 承平位穆 图4 4 2 建筑底部4 点的水平位移 f i g ，4 4 2 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t l 从图4 4 3 可以看出当开挖深度大于建筑底部深度时，基坑位移随着开挖深度 的增加开始急剧增加，一层锚杆时，桩顶的位移收到约束，位移发展较为缓慢， 两层和三层变化上没有大的区别。 魁 涨 辍 泉 彩 u 少 4 一 ” 哥 _ - o 0 100 0 10 0 20 0 30 0 40 0 5 水平位移 图4 4 3 桩顶的水平位移 f i g 4 4 3h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t 5 建筑物距离基坑1 5 h ( h 为基坑开挖深度) 即1 5 m 时锚杆层数对测点位 移的影响 对比图4 - 3 9 和图4 “可以看出：在开挖相同深度时，建筑物距离基坑1 5 m 比1 0 m 时绝对水平位移要小，且分别为悬臂、一层锚杆、两层锚杆、三层锚杆的 位移曲线之间的间距减小，说明随着建筑物距离的增加，锚杆对建筑物顶部的水 平位移的发展约束作用进一步减小。悬臂的时候最大为1 1 5 m m 。四种情况下的 顶部水平位移曲线比较接近，悬臂桩和三层锚杆只相差只有l m m 。 杆杆垃 一 锚锚锚一 一臂层层屋 一矗一两三| + 一。兰 倒稚职散 重庆大学硕士学位论文 4 数值计算结果及分析 - 0 , 0 0 5o n0 0 5 mo lm 0 1 5 水平位移 图4 4 4 建筑项部1 点水平位移 f i g 4 4 4h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t l - 0 0 0 500 0 0 50 o l0 0 1 5 水平位移 图4 4 5 建筑顶部2 点水平位移 f i g 4 4 5h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t 2 无锚杆和有锚杆时建筑物基础底部位移变化差别较小，上图4 4 4 中悬臂和三 层锚杆支护时位移差值只有悬臂位移值的1 。在基坑开挖深度处于一定范围内 的时候，锚杆层数的增加对建筑物基础底部的水平位移的约束影响很小。但是随 着开挖深度的增加，不同支护下的建筑物基础底部的水平位移的差别开始明显。 且随着建筑物距基坑距离的增加，影响将进一步减小。其变化规律和距离为l o m 的情况基本相同。 吨0 0 200 200 0 4n0 0 6m 嘲 术平位移 图4 4 6 建筑底部3 点水平位移 f i g 4 4 6h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n gp o i n t3 - 0000 0 200 0 400 0 60 嘲0o l 水平位穆 图4 4 7 建筑底部4 点水平位移 f i g 4 4 7h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n gp o i n 图4 4 8 为桩顶的水平位移图，这种支护形式在开挖到达一定的深度后其位移 急剧增加( 本例为开挖深度为6 m ) ，桩的弯矩也增大的很快，在有限元中为了得 到变化规律，将进一步计算到底，而在现实过程中，有可能在位移较大的时候已 经破坏。 桩顶的水平位移 1 2 l o 型8 鬟e 崴4 2 0 汐 j 00 0 1 0 0 2 0 0 30 0 4 水平位移 图4 4 8 桩顶5 点的水平位移 f i g 4 4 8h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n gp o i n t5 4 9 博鞋掣圭e 一 杆杆址 一 锚锚锚一一臂层层层一 宦 重庆大学硕士学位论文4 数值计算结果及分析 建筑物距离基坑2 o h ( h 为基坑开挖深度) 即2 0 m 时锚杆层数对测点位移 的影响 建筑物距离增加到2 0 m 时，从下图( 4 4 9 - 4 5 2 ) 监测点的位移变化曲线可以 看出，在无锚杆支护、一层锚杆支护、两层锚杆支护和三层锚杆支护的情况下， 几乎为一条线，表明在建筑物距离基坑较远的地方，锚杆层数对建筑顶部和底部 的水平位移的影响很小很小。 三：= = = = = = ： 水平位移 图4 4 9 建筑物顶部1 点的水平位移 f i g 4 4 9 h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t l 一7 一 。 ， f j - 0 0 0 500 0 0 50 0 1m0 1 5 水平位移 图4 5 0 建筑物顶部2 点的水平位移 f i g 4 5 0h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t 2 f 两 i 篙引 i = 兰= 三星煎扛i 图4 5 l 建筑物底部3 点的水平位移 f i g 4 5 1 h o r i z o n t a l 蜘l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i n t 3 1 2 l o 拦8 簧。 傲l 2 0 图4 5 2 建筑物底部4 点的水平位移 f i g 4 5 2h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f i n s p e c t i n g p o i m l 桩顶5 点的