土性參數對軟土地區深基坑穩定性的影響分析

高詩明

(大鵬新區發展和財政局政府投資項目評審中心，廣東 深圳 518116)

0 前 言

近年來，我國城市建設快速發展，高樓大廈如雨后春筍般涌現，城市可利用空間越來越小，各類建筑物容積率越來越大，城市地下空間開發力度不斷增大，深基坑開挖現象越來越普遍。在基坑開挖過程中，諸多不確定因素(如土體力學參數的不確定性)增大了深基坑的施工難度。另外，我國軟土地區分布廣泛，諸如南京、上海、武漢、廣州等地區都一定程度上存在軟土地層。因此，土體參數是軟土深基坑施工中必須研究的重要因素之一。

國內外眾多學者利用數值模擬軟件對軟土深基坑穩定性進行了分析。Ng和Yan[1]利用有限差分軟件研究了深基坑開挖后地下連續墻位移及應力分布情況，并分析地下連續墻的高度對土體應力的影響。徐平等[2]針對數值模擬軟件中的土體本構模型進行了開發，創建了廣義Kelvin模型，并將模型用于工程實例中，研究結果表明該模型基本符合工程實際的變形規律。劉繼國等[3]用FLAC3D數值分析軟件分析了過江隧道基坑開挖過程中的地表沉降、坑底隆起、土體水平位移。陳敏華等[3]用數值分析軟件模擬了深圳市某地鐵基坑的開挖，分析了開挖后的位移，錨索軸力、支護樁的受彎力矩等。另外，還有部分學者[4-9]利用有線差分數值分析軟件針對軟土深基坑開挖過程中的沉降，地下連續墻的位移以及支護結構的穩定性進行了分析，研究結果表明有限差分數值分析軟件可以有效地分析軟土深基坑開挖過程中的穩定性問題。

本文利用有限差分軟件分析了土體參數對軟土深基坑開挖過程中的沉降、地下連續墻的位移以及支護結構的內力的影響。

1 數值模擬參數

采用有限差分軟件FLAC對軟土基坑進行建模分析。模型的長寬高分別為120、 150和85 m，數值分析模型如圖1所示。模型中土體單元和地下連續墻均采用實體單元，支撐結構采用結構單元(beam單元)，地下連續墻和鋼支撐結構如圖2所示。土體采用摩爾-庫倫本構，由于地下連續墻為混凝土材料，所以采用彈性本構進行模擬。

圖1 數值分析模型

圖2 地下連續墻和鋼支撐結構

數值分析過程中所采用的土體及支護結構參數見表1。

表1 數值分析參數

2 結果分析

表1中土體彈性模量定義為Eo，現在將土層的彈性模量按照0.8Eo、0.9Eo、1.0Eo、1.1Eo、1.2Eo等比例調整。在不同彈性模量條件下，地表沉降曲線分布如圖3所示。從圖3可以看出,土體彈性模量不同，其沉降曲線發生明顯改變。從最大地表沉降數值進行分析，各個彈性模量之下的對應的最大地表沉降分別為8.3，7.9，7.5，7.2，6.9 mm，最大地表沉降隨著土體彈性模量的增大而減小，最大地表沉降的位置均在靠近基坑位置。

圖3 地表沉降曲線

不同位置處地下連續墻水平位移如圖4所示。隨著土體彈性模量的不同，不同位置處地下連續墻最大水平位移也明顯不同。從最大水平位移上看，三處的地下連續墻的最大水平位移相差較大，分別為10，30，14 mm。最大水平位移隨著土體模量的增大而減小，但最大水平位置發生位置無明顯變化，均在地下連續墻中間位置處。

(a)A處

表2為基坑支護結構橫支撐最大軸力變化，支撐最大軸力隨土體模量的增大而減少，最大值與最小值之差約為100 kN，由此可以看出土體彈性模量變化也會給支撐軸力帶來影響。

表2 支撐最大軸力變化規律

綜上所述，提高周圍土體的彈性模量可以有效降低因開挖導致的地表沉降，同時減小地下連續墻的側移，因此施工工程中應盡量選取模量大的土體可以減小地下連續墻側移和周圍的沉降。

3 結 論

土體的彈性模量對于軟土深基坑沉降、地下連續墻水平位移、支護結構內力均有較大影響。在軟土深基坑開挖施工過程中，采取適當摻入生石灰等土體改良材料的方法可提高土體彈性模量，有效降低開挖導致的地表沉降，同時減小地下連續墻的水平位移及支護結構所受內力。

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