1土壓力的計算方法
經典土壓力理論1.1
朗肯土壓力法和庫侖土壓力法是經典的土壓力算法。1857，朗肯提出朗肯土壓力理論。他在擋土墻周圍的土體上取壹點，假設其處於極限平衡狀態，分析其應力，從而計算出作用在擋土墻上的主動土壓力和被動土壓力的分布和大小[1]。朗肯土壓力理論假設墻頂土面是水平的，墻背是垂直的，墻與土的接觸面是光滑的。實際上擋土墻墻背與土體之間存在摩擦，會導致剪應力的出現。這種情況下會導致主動土壓力較大，被動土壓力較小，壹般是安全的。庫侖從擋土墻後的滑楔入手，假設其處於極限平衡狀態並對其進行研究，從而提出了庫侖土壓力理論。庫侖土壓力假設土體為均質各向同性，土體的破壞滑動面為平面，楔形體為剛體，僅平移或旋轉。實際上，破壞面是曲面，破壞的土楔也會變形。大量實測數據表明，經典土壓力理論計算的土壓力與實際土壓力存在壹定偏差。
1.2對傳統土壓力的改進
朗肯土壓力計算方法和庫侖土壓力計算方法都是在極限平衡條件下得到的，但實際上由於深基坑周圍的高層建築對支護位移有嚴格的要求，現實中的位移往往達不到經典土壓力理論所要求的位移，因此需要考慮支護位移對土壓力計算的影響。鑒於位移對土壓力計算的影響，壹些研究者也進行了監測和研究。姚[2]根據現場監測數據，在原土壓力計算模型中引入了支撐上壹點和土中壹點的兩種位移，並在工程實例中證實了新計算模型的可靠性；楊永新等[3]引入主動土壓力折減系數考慮土體位移對土壓力計算的影響，並與基坑算例進行對比；曹靜等[4]充分考慮了支護變形和土體變形的協調條件，提出了新的支護擋土結構土壓力計算方法；王文傑等人[5]從有限土的土壓力計算入手，研究相鄰基坑之間的土壓力，簡單推導計算方法並進行分析論證；吳剛等人[6]認為坑壁之間的夾角會對土壓力的計算產生壹定的影響，但具體的影響機理有待進壹步研究。由於土的特殊性，許多學者從時空效應的角度考慮土壓力的計算。考慮土的蠕變和次固結，張等人[7]改進了原有的土壓力計算方法，並能有效地應用於實際工程。朱榮等[8]分別考慮了時間和空間對土壓力計算的影響模式，然後將兩者耦合得到新的土壓力計算模型，並與實際工程進行了對比。陳子文[9]主要研究了土壓力計算受時空效應和地下連續墻結構水平變形影響的主要區域。高文華等人[10]編寫了壹個簡單的程序來修正時空效應對土壓力的影響，為土流變模型相關參數的選取提供了指導。
2支撐結構設計
2.1支撐結構計算方法
對於基坑支護結構的設計，常用的計算方法有三種:極限平衡法、彈性抗力法和有限元法。雖然極限平衡法有很多局限性，但仍是我國基坑支護設計人員最熟悉的計算方法。極限平衡法假設支撐點為不動點，通過壹些假設將超靜定問題簡化為超靜定問題，無疑會使計算簡單很多，但與實際情況明顯不同。彈性抗力法將支座周圍的土體視為水平彈簧，通過撓度曲線近似方程[11]計算支座的剪力、彎矩和變形。是否與實際情況相符，通常與基床系數的選取有關。目前常用M法計算，M為基床系數隨深度增加的比例系數。近年來，有限元法得到了廣泛的應用，它可以考慮壹些復雜的問題，如土體的分層分布、分層開挖和支撐的連續架設，甚至可以模擬支撐兩側土體是否對稱。前兩種方法存在的問題，原則上可以用有限元法解決，但土的本構模型和相關系數不易準確確定，壹般用有限元法輔助常規設計。
2.2支撐結構的選擇
支撐體系由擋土結構和支撐拉桿結構組成，其中擋土結構又可分為止水結構和透水結構[12]。止水擋墻在基坑內設有降水井，透水擋墻在基坑內外設有排水降水井。支撐拉桿結構包括各種錨具、鋼管和鋼板的水平支撐、斜撐等。支護結構型式的選擇需要考慮的因素很多，主要受基坑開挖深度、地下水位高度、邊坡設計坡度和支護允許變形的影響，當然還需要考慮周邊環境和施工因素。不同類型的支持有各自的功能。鋼板樁適用於挖掘不太深的軟土和淤泥質土，並能在壹定程度上保持水分，可重復使用。但鋼片本身是柔性材料，在復雜的地下條件下容易變形，支護結構位移難以控制。h型鋼適用於挖掘深度在25m以內的粘土和砂土。其施工簡單，橫梁可重復使用，但水封性能差，價格高。地下連續墻具有水密性好、變形小等優點，可作為永久結構使用。目前廣泛應用於基坑支護，但也存在造價高、巖石施工困難等缺點[13]。還有許多其他類型的支撐，如現澆樁排支撐，內支撐樁墻支撐，組合支撐結構等。支護結構有多種，應在滿足施工要求的前提下，從環保、節約成本、施工方便等方面選擇最佳的支護類型[14]。趙守剛等人[15]根據工程要求，對影響支架選型的各種因素賦予不同的權重，然後進行橫向比較，得分最高的方案即為最佳方案。何滿超等[16]通過神經元處理函數對影響因素進行映射分析，通過大量的訓練樣本找到最優的支持方案。肖武權等人[17]用Matlab軟件求出各影響因素賦值的最小值，然後根據優化算法找到最經濟合理的方案。王翠英等人【18】提出信息化施工監控，可以實時監控所有數據，反復統計所有參數，不斷調整，達到優化的目的。
3展望
目前，我國對深基坑支護的設計、計算和選型還沒有科學完善的指導。如何在滿足工程需要的前提下盡可能的節約成本也是實際工程的重點，避免保守設計造成的浪費是我們現在需要解決的問題。隨著計算機技術的發展，有限元軟件如PLAXIS、ANASYS、MATLAB等。已經越來越多地應用於當今的基坑設計中，但有限元軟件在分析中也存在很多問題，如參數不準確、土體分層分布不嚴格、土體本構模型選取困難等。希望學者和工程實踐者總結經驗，開拓創新，建立完整的基坑支護設計體系。
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