土性参数对软土地区深基坑稳定性的影响分析

高诗明

(大鹏新区发展和财政局政府投资项目评审中心，广东 深圳 518116)

0 前 言

近年来，我国城市建设快速发展，高楼大厦如雨后春笋般涌现，城市可利用空间越来越小，各类建筑物容积率越来越大，城市地下空间开发力度不断增大，深基坑开挖现象越来越普遍。在基坑开挖过程中，诸多不确定因素(如土体力学参数的不确定性)增大了深基坑的施工难度。另外，我国软土地区分布广泛，诸如南京、上海、武汉、广州等地区都一定程度上存在软土地层。因此，土体参数是软土深基坑施工中必须研究的重要因素之一。

国内外众多学者利用数值模拟软件对软土深基坑稳定性进行了分析。Ng和Yan[1]利用有限差分软件研究了深基坑开挖后地下连续墙位移及应力分布情况，并分析地下连续墙的高度对土体应力的影响。徐平等[2]针对数值模拟软件中的土体本构模型进行了开发，创建了广义Kelvin模型，并将模型用于工程实例中，研究结果表明该模型基本符合工程实际的变形规律。刘继国等[3]用FLAC3D数值分析软件分析了过江隧道基坑开挖过程中的地表沉降、坑底隆起、土体水平位移。陈敏华等[3]用数值分析软件模拟了深圳市某地铁基坑的开挖，分析了开挖后的位移，锚索轴力、支护桩的受弯力矩等。另外，还有部分学者[4-9]利用有线差分数值分析软件针对软土深基坑开挖过程中的沉降，地下连续墙的位移以及支护结构的稳定性进行了分析，研究结果表明有限差分数值分析软件可以有效地分析软土深基坑开挖过程中的稳定性问题。

本文利用有限差分软件分析了土体参数对软土深基坑开挖过程中的沉降、地下连续墙的位移以及支护结构的内力的影响。

1 数值模拟参数

采用有限差分软件FLAC对软土基坑进行建模分析。模型的长宽高分别为120、 150和85 m，数值分析模型如图1所示。模型中土体单元和地下连续墙均采用实体单元，支撑结构采用结构单元(beam单元)，地下连续墙和钢支撑结构如图2所示。土体采用摩尔-库伦本构，由于地下连续墙为混凝土材料，所以采用弹性本构进行模拟。

图1 数值分析模型

图2 地下连续墙和钢支撑结构

数值分析过程中所采用的土体及支护结构参数见表1。

表1 数值分析参数

2 结果分析

表1中土体弹性模量定义为Eo，现在将土层的弹性模量按照0.8Eo、0.9Eo、1.0Eo、1.1Eo、1.2Eo等比例调整。在不同弹性模量条件下，地表沉降曲线分布如图3所示。从图3可以看出,土体弹性模量不同，其沉降曲线发生明显改变。从最大地表沉降数值进行分析，各个弹性模量之下的对应的最大地表沉降分别为8.3，7.9，7.5，7.2，6.9 mm，最大地表沉降随着土体弹性模量的增大而减小，最大地表沉降的位置均在靠近基坑位置。

图3 地表沉降曲线

不同位置处地下连续墙水平位移如图4所示。随着土体弹性模量的不同，不同位置处地下连续墙最大水平位移也明显不同。从最大水平位移上看，三处的地下连续墙的最大水平位移相差较大，分别为10，30，14 mm。最大水平位移随着土体模量的增大而减小，但最大水平位置发生位置无明显变化，均在地下连续墙中间位置处。

(a)A处

表2为基坑支护结构横支撑最大轴力变化，支撑最大轴力随土体模量的增大而减少，最大值与最小值之差约为100 kN，由此可以看出土体弹性模量变化也会给支撑轴力带来影响。

表2 支撑最大轴力变化规律

综上所述，提高周围土体的弹性模量可以有效降低因开挖导致的地表沉降，同时减小地下连续墙的侧移，因此施工工程中应尽量选取模量大的土体可以减小地下连续墙侧移和周围的沉降。

3 结 论

土体的弹性模量对于软土深基坑沉降、地下连续墙水平位移、支护结构内力均有较大影响。在软土深基坑开挖施工过程中，采取适当掺入生石灰等土体改良材料的方法可提高土体弹性模量，有效降低开挖导致的地表沉降，同时减小地下连续墙的水平位移及支护结构所受内力。

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