地下空间开发中的若干技术问题

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中央遵循科学发展观，非常适时地提出了构建资源节约型、环境友好型社会的要求。建设具有中国特色的资源节约型城市的一个重要方面就是充分开发利用地下空间。城市地下空间的开发包括城市中心地区的立体化建设、城市地下交通系统、城市地下公用设施系统、城市地下防空防灾系统和城市地下能源及物资储备系统等方向。1前言玄武湖隧道上海人民广场第2页/共28页地铁站台南京地铁线无锡轻轨线地铁剪票口第3页/共28页地下音乐台地下运动场地下停车场地下游泳池第4页/共28页挡土结构变形与土压力之间的关系真三轴实验考虑位移的土压力模型模型的验证在横向承载桩中的应用在沉桩中的应用在挡土结构设计中的应用在基坑工程的应用2开挖支护涉及的技术问题第5页/共28页

2.1土压力与变形的关系土压力与挡土墙位移的关系

反映出土压力与挡土结构的位移之间存在很大的关系第6页/共28页2.2真三轴仪的应力路径试验研究

大主应力方向加荷的应力应变曲线

小主应力方向卸荷的应力应变曲线

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2.3

考虑位移的土压力计算公式其中：s是土体产生的位移量。p0为静止土压力；

为内摩擦角的函数；为主动土压力位移量和内摩擦角的函数，且有b>0。

该公式具有单调递增性、有界性和可回归为经典图压力理论计算公式等特性，能够很好地描述挡土墙位移和土压力之间的关系。第8页/共28页2.4

基于土压力极值的计算公式

利用朗肯土压力理论计算中的两个极限值作为参考点，得到可计算任意位移下土压力大小的考虑位移的土压力计算公式：

其中：s是土体产生的位移量。第9页/共28页2.5

主动土压力的验算

引用岳祖润，彭胤宗，张师德的压实粘性土填土挡土墙土压力离心模型试验压力模型试验研究中的实测数据进行对比，结果如下：

由上表可见：计算值和实测值相当接近，误差在4％以内。

第10页/共28页2.6

被动土压力的计算

引用徐日庆、陈页开在刚性挡墙被动土压力模型试验研究中的实测数据进行对比，结果如下：

不同深度土压力与位移的关系被动土压力系数Kp与位移关系第11页/共28页2.7

超极限状态变形土体的滑坡推力计算式挡土墙示意图

微三角楔体受力图

第12页/共28页2.8在横向承载桩分析中的应用

将前面提到的考虑位移的土压力模型引入到横向承载桩分析中来，知道位移后就可以快速计算出土的反作用力。桩前后方土体位移计算结果挠度后桩周的土反力挠度前桩周的土反力p-y曲线分析结果第13页/共28页2.9在沉桩分析中的应用

将沉桩过程考虑为水平方向上被加载，垂直方向的应力发生相应的变化。算例计算结果Meyerholf的犁形破坏模式沿径向的地面隆起量沿深度的土体隆起量第14页/共28页2.10在挡土结构设计中的应用柔性材料—砂土接触面的水平位移曲线

带不同厚度柔性材料的复合挡土墙上的土压力岩土体柔性材料刚性材料第15页/共28页桩体的挠度2.11在基坑工程的应用

桩体的土反力分布第16页/共28页基础底部水压力分布情况抗拔桩的布桩优化伞状锚桩的抗浮基部回弹分布及“锅底型”筏板基础的使用3基础抗浮涉及的技术问题第17页/共28页3.1基础底部水压力分布情况基础位于饱和粘土中的试验原理图

基础位于水中的试验原理图

饱和粘土中的水位—荷重数据拟合曲线

水中的水位—荷重数据拟合曲线

9.8h6.2h第18页/共28页3.2抗拔桩的布桩优化基础底板的的弯矩图不同桩数布桩图

基础底板的变形图

第19页/共28页基础底板的变形图

不同布桩方式图

小桩径、浅桩长、多桩数的均匀布桩方式，即使抗浮力趋近于均布荷载的抗浮设计方法是最优的。基础底板的的弯矩图第20页/共28页3.3伞状锚桩的抗浮第21页/共28页3.4“锅底型”基础底板的使用组合式锅底型基础底板图

基坑开挖回弹分布图

锅底型基础底板

地基受荷后的变形图

第22页/共28页4桩土相互作用技术问题摩擦桩按照极限承载力设计端承桩采用变形调节器第23页/共28页5结论与展望

未来的地下空间将不仅仅只有地铁、隧道、地下广场、地下道路等几种式，还包括地下街、市政隧道、大型地下储气设施、地下雨水储存设施、地下垃圾站房、地下车库、地下变电站、以及大型绿地、居住区的地下空间的开发利用等形式。还将引入Internet技术，在Internet上建立城市地下空间开发与利用信息网站，同时，通过法律将地下空间开发纳入有序高效状态。在这个过程中将遇到极多技术问题，需要多学科综合解决。

第24页/共28页致谢感谢培养我的各位导师：南京水利科学研究院沈珠江院士、河海大学殷宗泽教授、南京工业大学宰金珉教授、河海大学卢廷浩教授、香港理工大学殷建华教授、南京水利科学研究院赵维炳教授等感谢同行专家、教授的关心和帮助感谢我的学生们感谢以下基金项目的资助:国家自然科学基金、霍英东青年教师基金、教育部科学技术研究重点项目、中国人事部留学归国人员基金、中国博士后基金、江苏省六大人才高峰项目、江苏省