软土地区深基坑开挖的时空效应再研究和工程应用
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软土地 区深基坑 开挖 的时空效应 再研 究和工程应 用
Ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｃ （ ｏ ） ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ Ｏ ｎ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｃ ｊ ｙ ｆ ｔ ｏ ｒ Ｄ Ｕ ｅ ｅ ｐ Ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ０ ｎ Ｐ ｉ ｔ Ｏ ｔ
体 、围 护结 构和 支 撑结 构 所组 成 的围 护平 衡 系统 ，均 假 定
为理 想 的弹 性体 来 进行 内力与 变 形分 析 。而 笔者 收集 的 近 ２ ０个 工程 实例 的监 测 数据都 表 明 ，由于土体 的流 变性 ，被 动 区土体 在 位移 稳 定 的情 况 下 ，所 提 供 的被 动土 压 力有 松 弛 的现 象 ，与计 算假 定 的 弹性 体 有很 大差 别 ，降 低 了围 护 结 构 的 安全 储 备。 当 围护 结构 发 生坑 内方 向位 移 时 ，土体 随 之移 动 ，因 此作 用在 围 护墙 上 土体 压 力是 变化 值 ，介 于
工 时 间的增 加 ，位移 有着 明显 增长 的趋势 。
１ ． ２ 空间效应机 理
监 测表 明 ，土体 分小 段开 挖 ，坑 底 隆起 量和 影 响范 围 小 ，否则 坑 底 隆起量 和 影 响范 围大 。 可见 土体 的空 间作 用 对 于 围护 结 构及 周 围土体 位 移 控制 至 关 重要 。 同时 ，有 利
１ ． １ 时间效 应机理
工程 实践 中软 土 时 间效 应 的表 现 明显 ，多 个工 程 实例 在 挖 土及 支 撑完 成 后 的停 工期 间 ，围护 结构 和 周 围土体 位
移 会 随时 间 延长 而 不断 增加 。 开挖 施 工周 期和 基 坑 暴露 时
静止土压 力和主动土压力之间。周围土体在每个工况下的 变形都 与施工参数密切相 关。由于上述假定和实际情况的
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两端空间效应影响带的宽度与基坑长度之比约为１： ８ ，笔 者收集的工程实例监测数据亦与上述结论基本吻合。 传统基坑围护结构的设计中，主、被动土压 力计 算多
坑 开挖 面 附 近 ，越 靠近墙 体 两 端 ，等值 线 越 密集 ，梯 度越
大 ，空间作用越明显。越靠近跨中，空间作用越 弱。墙体
作者简介： 欧阳光辉 （ １ ９ ） ｉ 蠢男’ 硕士＇ ＝ 高级工程师。
作者地址： 上海市 虹口 区西 安踯 ８ 号（ ２ ｏ ０ ｏ ８ ｏ ） 。 ｉ
２ 传统基坑围护结构设计理念的缺 失
２ ． １ 土体力学模型 的假 定
传 统基 坑 围护 结构 设计 一 般均 采 用 弹性理 论 ，即将 土
工 程 的经 济 性 。根 据 文 献 … 研 究 成 果表 明 ：开挖 结 束 后 的
墙体水平位移等值 线形似 “ 船形”，位移最大值出现在基
＿ Ｌ ａｒ ｑｅ ‘ ， ． － ． ｍ ｅｒ Ｏｍ ｃ … ｌ ａＩ Ｃｅｎｔ ｅｒ
欧阳光辉 梁 磊
上 海 市建设 工 程监 理 有 限公 司 上 海 ２ ０ ０ ０ ８ ０
摘要 ：根据软土地 区深基坑开挖 时空效应的机理 ，分析 了传统 深基坑支撑围护结构设计理念 的缺 失。根据 多个工程实 例的监测数据 ，利用统计 学工具 ，总结 了无支撑暴露 期间围护结构水平位移速率 、末次开挖 阶段 总位移 量等方面的变 化规律。为工程 实践提供方便实用的计算工具 ，可 以根据现阶段 的监测数据推测下阶段无支撑暴露期间的位移量 。
定 性 。理 论研 究 和有 限 元模 拟计 算 得 出 的结论 是 ：围护墙 的边 长越 短 ，其 空 间效 应越 明显 ，周 围 土体 呈较 浅 层 的三
维 失稳 滑移 。靠近 围护墙 的边 角 ，空间效 应显著 。
简 化 为二 维 ，虽 然增 加 了 围护 结构 的安 全储 备 ，但 降低 了
际 监 测结 果 ，内力计 算 结 果通 常 大于 实际 监测 结 果 ，这也 解 释 了施 工 现场 位 移监 测 数据 很早 进 入报 警状 态 ，而 内力 监 测 数据 大 多 比较 正 常的 现象 ：各个 工况 下 的基 坑及 周 边 土 体位 移 与 施工 周 期无 关 ，而 在工 程 实例 中 ，随着 基 坑 施
于减 小 围 护墙 和 支撑 结 构的变 形和 内力 ，增加 基 坑 整体 稳
２ ． ２ 围护支撑结构体 系的假定
传 统 的基 坑 围护 结构 设计 通 常是 把结 构体 系假 定 为平
面 问题 进 行 处理 ，而忽 略 了围 护支 撑 结构 以及 土体 的空 间 效 应 。 大量试 验 数据 表 明 ：对 围护 结 构而 言 ，把 三维 问题
建筑 深基 坑 本身 是 一个 有具体 尺度 的三 维 空 间结 构 ， 加之 软 土地 区 土体 的流 变 性 ，使得 围护 结构 的 内 力与 变形
具 有 明显 的时 空效应 ， 因而 围护 结构 的 设计 是 一个 复 杂 的 三 维空 间 受力问题 ，并且 明显 与时 间 因素 相关 。
差 别 ，按 传统 设计 理 念 得 出 的计 算 结 果与 实 际监 测结 果 有
着 较 大 的差 别 ，这 主要 表 现在 ：位 移监 测 结果 通 常小 于 实
间对 土体 位移 量 影 响 明显 ，特 别是 在 剪应 力水 平 较 高 的部 位 ，坑底 被 动 区土体 和 围 护墙 下 的土体 滑动面 都 会 因此 产 生相 当的流 变位移 ，从而 引起 基坑周 围土体 位移 增 大。
关键词 ：深 基坑 软土地 区 开挖 时空 效应 无支撑暴 露 变形速率
中图分类号 ：Ｔ Ｕ ７ ５ ３ ． １
文献标识码：Ｂ
文章编号 ：１ ０ ０ ４ － １ ０ ０ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ ３ ５ ３ — ０ ４
１ 深基 坑 时 空效 应 的 机理 研 究
Ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｃ （ ｏ ） ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ Ｏ ｎ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｃ ｊ ｙ ｆ ｔ ｏ ｒ Ｄ Ｕ ｅ ｅ ｐ Ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ０ ｎ Ｐ ｉ ｔ Ｏ ｔ
体 、围 护结 构和 支 撑结 构 所组 成 的围 护平 衡 系统 ，均 假 定
为理 想 的弹 性体 来 进行 内力与 变 形分 析 。而 笔者 收集 的 近 ２ ０个 工程 实例 的监 测 数据都 表 明 ，由于土体 的流 变性 ，被 动 区土体 在 位移 稳 定 的情 况 下 ，所 提 供 的被 动土 压 力有 松 弛 的现 象 ，与计 算假 定 的 弹性 体 有很 大差 别 ，降 低 了围 护 结 构 的 安全 储 备。 当 围护 结构 发 生坑 内方 向位 移 时 ，土体 随 之移 动 ，因 此作 用在 围 护墙 上 土体 压 力是 变化 值 ，介 于
工 时 间的增 加 ，位移 有着 明显 增长 的趋势 。
１ ． ２ 空间效应机 理
监 测表 明 ，土体 分小 段开 挖 ，坑 底 隆起 量和 影 响范 围 小 ，否则 坑 底 隆起量 和 影 响范 围大 。 可见 土体 的空 间作 用 对 于 围护 结 构及 周 围土体 位 移 控制 至 关 重要 。 同时 ，有 利
１ ． １ 时间效 应机理
工程 实践 中软 土 时 间效 应 的表 现 明显 ，多 个工 程 实例 在 挖 土及 支 撑完 成 后 的停 工期 间 ，围护 结构 和 周 围土体 位
移 会 随时 间 延长 而 不断 增加 。 开挖 施 工周 期和 基 坑 暴露 时
静止土压 力和主动土压力之间。周围土体在每个工况下的 变形都 与施工参数密切相 关。由于上述假定和实际情况的
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两端空间效应影响带的宽度与基坑长度之比约为１： ８ ，笔 者收集的工程实例监测数据亦与上述结论基本吻合。 传统基坑围护结构的设计中，主、被动土压 力计 算多
坑 开挖 面 附 近 ，越 靠近墙 体 两 端 ，等值 线 越 密集 ，梯 度越
大 ，空间作用越明显。越靠近跨中，空间作用越 弱。墙体
作者简介： 欧阳光辉 （ １ ９ ） ｉ 蠢男’ 硕士＇ ＝ 高级工程师。
作者地址： 上海市 虹口 区西 安踯 ８ 号（ ２ ｏ ０ ｏ ８ ｏ ） 。 ｉ
２ 传统基坑围护结构设计理念的缺 失
２ ． １ 土体力学模型 的假 定
传 统基 坑 围护 结构 设计 一 般均 采 用 弹性理 论 ，即将 土
工 程 的经 济 性 。根 据 文 献 … 研 究 成 果表 明 ：开挖 结 束 后 的
墙体水平位移等值 线形似 “ 船形”，位移最大值出现在基
＿ Ｌ ａｒ ｑｅ ‘ ， ． － ． ｍ ｅｒ Ｏｍ ｃ … ｌ ａＩ Ｃｅｎｔ ｅｒ
欧阳光辉 梁 磊
上 海 市建设 工 程监 理 有 限公 司 上 海 ２ ０ ０ ０ ８ ０
摘要 ：根据软土地 区深基坑开挖 时空效应的机理 ，分析 了传统 深基坑支撑围护结构设计理念 的缺 失。根据 多个工程实 例的监测数据 ，利用统计 学工具 ，总结 了无支撑暴露 期间围护结构水平位移速率 、末次开挖 阶段 总位移 量等方面的变 化规律。为工程 实践提供方便实用的计算工具 ，可 以根据现阶段 的监测数据推测下阶段无支撑暴露期间的位移量 。
定 性 。理 论研 究 和有 限 元模 拟计 算 得 出 的结论 是 ：围护墙 的边 长越 短 ，其 空 间效 应越 明显 ，周 围 土体 呈较 浅 层 的三
维 失稳 滑移 。靠近 围护墙 的边 角 ，空间效 应显著 。
简 化 为二 维 ，虽 然增 加 了 围护 结构 的安 全储 备 ，但 降低 了
际 监 测结 果 ，内力计 算 结 果通 常 大于 实际 监测 结 果 ，这也 解 释 了施 工 现场 位 移监 测 数据 很早 进 入报 警状 态 ，而 内力 监 测 数据 大 多 比较 正 常的 现象 ：各个 工况 下 的基 坑及 周 边 土 体位 移 与 施工 周 期无 关 ，而 在工 程 实例 中 ，随着 基 坑 施
于减 小 围 护墙 和 支撑 结 构的变 形和 内力 ，增加 基 坑 整体 稳
２ ． ２ 围护支撑结构体 系的假定
传 统 的基 坑 围护 结构 设计 通 常是 把结 构体 系假 定 为平
面 问题 进 行 处理 ，而忽 略 了围 护支 撑 结构 以及 土体 的空 间 效 应 。 大量试 验 数据 表 明 ：对 围护 结 构而 言 ，把 三维 问题
建筑 深基 坑 本身 是 一个 有具体 尺度 的三 维 空 间结 构 ， 加之 软 土地 区 土体 的流 变 性 ，使得 围护 结构 的 内 力与 变形
具 有 明显 的时 空效应 ， 因而 围护 结构 的 设计 是 一个 复 杂 的 三 维空 间 受力问题 ，并且 明显 与时 间 因素 相关 。
差 别 ，按 传统 设计 理 念 得 出 的计 算 结 果与 实 际监 测结 果 有
着 较 大 的差 别 ，这 主要 表 现在 ：位 移监 测 结果 通 常小 于 实
间对 土体 位移 量 影 响 明显 ，特 别是 在 剪应 力水 平 较 高 的部 位 ，坑底 被 动 区土体 和 围 护墙 下 的土体 滑动面 都 会 因此 产 生相 当的流 变位移 ，从而 引起 基坑周 围土体 位移 增 大。
关键词 ：深 基坑 软土地 区 开挖 时空 效应 无支撑暴 露 变形速率
中图分类号 ：Ｔ Ｕ ７ ５ ３ ． １
文献标识码：Ｂ
文章编号 ：１ ０ ０ ４ － １ ０ ０ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ ３ ５ ３ — ０ ４
１ 深基 坑 时 空效 应 的 机理 研 究
