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1、河北工程大学硕士学位论文基于FLAC3D地铁车站深基坑变形规律研究姓名：赵伯霖申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：曲志明2011-04摘 要 I 摘 要 随着现代城市的快速发展，大规模地下空间开发是一个必然的趋势。地铁车站深基坑的开挖过程中的变化规律已经成为现代城市地下空间施工的一个研究重点。 本论文以深圳地铁 5 号线临海路站深基坑工程为背景， 阐述了地铁车站深基坑开挖及支护理论。对地铁车站深基坑支护土压力计算、支护结构的内力、支护变形机理、 支护结构与土体共同变形原理以及支护结构内力与变形的影响因素进行了分析，对支护结构体系变形的现场监测方法，测点布置及监测频率进行较全面的说明。运用
2、 FLAC3D 软件建立模型，模拟开挖施工过程，研究地铁车站深基坑支护结构的内力变化及地表沉降等。 通过地铁车站深基坑现场监测中地表沉降、墙顶水平位移、横撑轴力、墙体水平位移的监测数据，从而绘出地表沉降、墙顶水平位移、横撑轴力、墙体水平位移的曲线图，得到其变化的动态反应。运用 FLAC3D 数值模拟软件能够更好的来帮助我们分析地铁深基坑开挖的规律。 因此对地铁车站深基坑施工过程中进行受力变形规律的研究显得非常重要。 研究结果对以后的地铁车站深基坑工程施工提供参考依据。 关键词：深基坑, 地铁车站, FLAC3D, 数值模拟Abstract II Abstract With the rapid
3、development of modern cities, large-scale underground space development is an inevitable trend. Subway station during the excavation of deep foundation pit has become a research focus in modern construction of urban underground space. On the background of deep foundation pit construction in LinHailu
4、 Station of Metro Line 5 in Shenzhen, the subway station deep excavation and the supporting theory are stated. The earth pressure of deep foundation pit supporting, the internal forces of retaining structure, the supporting deformation mechanism, the mutual deformation mechanism of support together
5、with the soil mass as well as the influential factors of the internal force and deformation in retaining structure are analyzed. The field tests of the supporting structure system deformation, the measuring point distribution and the monitoring frequency are also entirely described. Using the FLAC3D
6、, the model is established to simulate the excavation construction. The internal forces changes and the surface settlement of the retaining structure of deep foundation pit in subway station are studied. According to the field monitoring data of the surface settlement, the horizontal displacement of
7、 top wall, the lateral brace axial force and the horizontal displacement in deep foundation pit in subway station, the curves are drawn and the dynamic effect are obtained. The FLAC3D can help us better analyze the laws of deep excavation underground. Therefore, during the process of deep excavation
8、 of the subway station, the force and deformation are very important and significant. The research results can provide the references for the later project of deep foundation pit in subway station. Keywords: deep foundation pit, subway station, FlAC3D, numerical simulation独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导
9、师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得河北工程大学河北工程大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解河北工程大学河北工程大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权河北工程大学河北工程大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编
10、以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 导师签名： 签字日期： 年 月 日第 1 章 绪论 1第 1 章 绪论 1.1 概述 随着我国社会经济的快速发展， 人口高度城市集中化趋势已经愈演愈烈， 城市快速发展的动力来自于人们对城市功能的要求越来越高。 交通方式对城市的结构形态有着重要的影响，为了缓解人口增长对城市交通的压力和威胁，解决交通事故频繁和交通阻塞等社会问题，三维城市空间的开发迫在眉睫。地铁作为城市交通的一种工具，与汽车交通比是一种快速、安全、低能耗、污染少，能有效的利
11、用土地的绿色交通方式。 地铁建设将是我国 21 世纪城市地下空间开发的重点。现在除了已经开通北京、天津、上海、广州的地铁外，全国正在兴建地铁的城市有郑州、武汉、杭州、苏州、成都、沈阳、青岛、哈尔滨等。预计 21 世纪中叶，我国各大城市将大规模兴建地铁，来解决城市交通问题。修建地铁车站需要大规模进行深基坑的开挖。深基坑开挖对周边土体、围护结构和环境都会产生影响，严重时会导致结构本身受到破坏，或者周边环境发生破坏事故等，会造成人员伤亡和重大经济损失。 近几十年， 很多专家学者将更多的精力投入到深基坑的研究中， 在深基坑的开挖特性、 深基坑对周围建筑物的危害性以及深基坑的稳定性方面的研究取得了一些研
12、究成果，从而推动了深基坑在设计及优化方面的进步。地铁施工一般都在城市的中心地带，受到很多周围建筑物的限制。虽然很多开挖深基坑的技术已经成熟，但是由于施工中存在不确定性，给地铁深基坑施工带来了很多的困难。目前我国在深基坑设计与施工上还处于半经验半理论及边实践边摸索的水平， 地铁深基坑开挖一般采取经验与理论相结合的方法，利用现场监测数据，来完善地铁深基坑的施工步骤。地铁车站深基坑施工一般多采用明挖法，在明挖法中，整个工程最重要的部分就是基坑支护的合理性，它对周围建筑环境起到重要的作用。此外，地铁深基坑工程是一个复杂的涵盖多学科的系统工程，其中涉及到结构工程、岩土工程、施工技术方法等，具有投资规模大
13、、工程工期较长、施工技术复杂、涉及水文地质及地下管线等特点，因此对深基坑施工过程中进行受力变形规律的研究显得非常重要，研究结果对以后的地铁基坑工程施工提供参考依据。 1.2 基坑工程的概念与特点 基坑工程是指为了保证基坑施工以及周围环境不受损害和主体地下结构安河北工程大学硕士学位论文 2 全，需要对基坑进行开挖、土体和降水一系列的勘察、设计、施工和检查工作。 基坑工程是一个涉及土力学典型的强度与稳定变形问题， 和土与支护结构共同作用问题；同时，还有测试技术、计算机技术、施工设备等，是一个综合性岩土工程问题。基坑工程一般具有以下几个特点： (1) 支护结构大多是临时性结构，安全储备相对较小，在施
14、工过程中具有较大的风险。基坑工程施工中应进行实时监测和采取应急措施，在施工过程中一旦遇到险情必须及时做出相应的补救。 (2) 基坑工程具有区域性， 例如黄土地基、 软粘土地基等工程地质条件不同，基坑工程的差异性就会很大。同一城市不同地区也有很大的差异性。正是因为岩土地质条件复杂多变，经常造成勘察数据离散性较大，精确度较低。因此，所以基坑工程的施工开挖要根据开挖地域情况来进行，以本地地域情况为主，以外地经验为辅来进行施工。 (3) 基坑工程是一个由岩土、结构、工程地质等多学科的综合体，其勘察、设计、施工等都是紧密联系的，需要三者的综合运用。基坑周围地面变形、支护稳定性以及渗流引起土体破坏都有可能
15、造成基坑的不稳定。所以，基坑工程综合性很强，要求掌握技术知识要全面。 (4) 基坑工程中的支护结构所承载的荷载很产生的应力应变在不同的时间会有不同的变化。刘建航结合上海软土地区深基坑工程，提出了深基坑时空效应理论。土体具有很强的蠕变性，蠕变能够使土体的强度降低，所以作用在支护结构上的土压力也会变化。 (5) 基坑开挖引起周围土体的应力应变以及地下水位发生改变，对相邻建筑物和地下管线也有很大的影响， 其影响的严重程度将危及周围建筑物的安全及正常的使用。一旦发生事故将造成非常严重的后果，如巨大的经济损失及较难处理的基坑事故，所以应该注意其产生的环境效应。 (6) 基坑工程施工环节复杂，施工周期长，
16、施工中容易发生严重事故，所以对基坑的稳定性要求很高。不合理的基坑开挖将导致支护结构严重变形，引起主体结构基础变位，导致支护体系遭到破坏从而失稳。因此，在施工过程中应该采用信息化施工。 (7) 深基坑开挖施工具有非常高的质量要求，其质量的好与坏将直接影响到建筑物的上部结构。所以一个工程的质量高与低完全取决于基坑的工程质量。在开挖时， 土方不断被开挖， 土体释放自然应力， 将会造成基坑周围的不均匀沉降，这会对基坑周围的建筑物产生不利的影响，所以更加注意基坑工程的质量。 (8) 基坑工程风险性较大。基坑工程开挖技术条件复杂，安全储备较小，事故发生较频繁。在施工过程中，应实时进行工程监测，并预先设计好事故应急措第 1 章 绪论 3施，以免发生事故时将工程经济损失降到最低。 1.3 国内外研究现状 1.3.1 基坑工程支护结构受力研究现状 在对于基坑工程支护结构受力形状研
