本科生毕业论文（设计）
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导教师: 开题报告
基坑支护结构上水土压力分算与合算 的结果差异与适用范围 周攀 工学院 工程管理 工管03 31410318 高新南 职称: 讲师
题
姓 学 专
班学
指
20 14 年 3 月 9 日 南京农业大学教务处制
本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献） 1.课题研究意义：
随着目前高层、超高层建筑的兴建以及城市地下空间的开发，支护挡土墙结构及地下连续墙结构越来越广泛地被应用，相应的支护结构上的水土压力计算也越来越多的被重视和讨论。
本课题的研究意义在于，通过对基坑支护上水土压力的计算，分析水土分算与水土合算之间的结果差异，确定二者各自的适用范围，这有利于在保证基坑工程质量的基础上最大限度地减少基坑支护的工程造价，提高基坑支护工程的性价比。 2.国内外研究概况： （1）国外研究状况
P.K.Kaiser and K.J.Hewitt[1]分析了在不同的地基土条件下的渗流模式，研究了渗流对水土压力的影响，并且给出了相应的荷载系数。他们认为，在大多数情况下，不考虑地下水渗流作用是偏不安全的。
Finno[2]以Biot固结理论为基础，建立了渗流和固结变形的耦合分析模式，并且采用了有限元对基坑开挖的渗流问题进行了分析。
Borja[3]采用自己研发的分线性有限元程序，对基坑工程进行了渗流和变形耦合分析。结果表明，渗流作用对基坑影响明显，特别是在坑角附近处，由于渗流力集中，土体屈服，塑性变形加大，土压力的大小受到了影响。 （2）国内研究状况
李广信教授[4]研究了支护结构的水土压力分算与合算问题，分析了造成原状土深基坑支护结构上实测土压力远小于经典土压力理论计算值的原因，认为土的微观结构、应力历史和应力路径、孔隙水压力特征以及基坑的边界条件等是影响水土压力大小的主要因素；指出在一定条件下水土合算可能存在一定的微观基础；关于基坑水土压力计算问题，涉及原状土中的水土共同作用问题，对于复杂应力路径所涉及的一些问题应当从微观机理、室内和模型试验、现场测试和软件计算等方面开展深入研究，为进一步研究指明了方向。
沈珠江院士[5]推导了基于有效固结应力理论、采用三轴固结不排水强度指标为参数的饱和粘土主、被动土压力公式。研究表明：除非采用不排水强度的总应力法，不管是有效强度理论还是总强度理论，都应按水土分算进行土压力计算；当采用有效固结应力法时，土压力公式中出现静水压力项与破坏状态下墙上作用的水压无关，它的出现仅仅说明，静水压力不会引起粘土强度的增加；其推导出的被动土压力系数和朗肯土压力系数相同，但主动土压力系数则小于朗肯土压力系数，表明传统的主动土压力理论偏于保守；粘土与墙间的摩阻力可以引入折减系数予以考虑，只要在各项土压力系数前乘以折减系数即可；对于完全粗糙墙体，主动和被动土压力系数分别减小或
增大0.414倍。 魏汝龙教授[6]系统总结了目前水土合算方法流行的原因：（1）国内单位尚未普及三轴设备，难于获得土的有效应力强度指标；（2）由于弱渗透性粘性土中，水压力对支护结构的影响在短时间内难以得到体现，以至于有人认为有效应力原理不适用于这类粘性土；（3）粘性土不排水情况下，土体在剪力作用下将产生超静孔隙水压力，而这部分水压力难于正确测量和计算，所以采用总应力法为宜。在评述上述观点的同时， 论证了用总应力强度指标进行水土分算的合理性，建议采用有效容重和固结不排水总应力强度指标计算土压力，水压力为全部静水压力的水土压力计算方法。 王洪新[7]把土的孔隙比、界限含水量、颗粒分析等物理参量引入水土压力计算中，提出一个水压力比率，把有效应力强度指标和总应力强度指标统一在一个强度公式中。并且给出了一个水土分算和水土合算的算法，实现了两者结果之间的过渡，为解决两者结果的研究提供了一个新思路，同时认为水土压力的计算还与土的孔隙比有直接相关。基坑现场水压力的监测工作，对于深入揭示水土与支护结构共同作用机理，完善水土合算与水土分算计算理论具有重要意义。近年来，不少学者结合大型基坑工程开展了许多现场监测工作。 刘国彬、黄院雄等[8]通过对某地铁车站基坑工程施工过程中孔隙水压力随时间、工况变化规律的现场监测，发现实测的孔隙水压力与理论计算的静水压力并不相同，且低于理论静水压力值。 张克意等[9]进行了江苏润杨长江大桥北锚锭基坑工程各种工况下孔隙水压力监测，认为不管是砂土还是弱透水性的粘性土均可传递静水压力。 王春波和丁文其[10]对上海地铁车站超深基坑地下连续墙的外侧孔隙水压力进行了监测和分析，认为当支护结构穿过相对隔水层时，作用在支护结构上的水土压力可按照水土分算计算，水压力采用静水压力。 杨晓军、龚晓南[11]认为水土合算只是一种经验方法，没有实际的理论依据，建议采用总应力强度指标进行水土分算，提出了将超静水压力的影响考虑在抗剪强度指标中，单独考虑静水压力的影响，并建议采用卸载强度指标的计算方法。 陈愈炯教授等[12]认为利用总应力法确定坑周边粘性土体的抗剪强度指标时，只有采用不排水总强度指标才是合理；他不赞成采用总应力指标进行水土分算的做法，认为既然绕开了孔隙水压力估计的难题，把水和土作为一个整体来考虑，就不必再追究其中孔隙水压力的作用机理；其还将水土压力的计算分为“施工期”和“运行期”两个应当区别对待的工况，并建议在“运行期”应当通过流网等手段确定墙上的水压力， 还分析了开挖引起的孔隙水压力变化机理。 陈国兴和韩爱民[13]在关于基坑支护结构上土压力计算的若干意见中,通过对土的渗透性的分析,对一土层主要为粉质土的基坑工程分别按水土分算和水土合算的原则对其土压力进行了计算。由理论分析和计算结果分析比较得出：对于砂土、粉土、粉 质粘土和重粉质粘土宜采用水压力和土压力分算的方法；而对于粘土宜采用水土压力合算的方法。 3.应用前景： 基坑开挖是基础工程和地下工程中的一个重要课题，又是一个综合性的岩土工程问题，它已随着地下构筑物的深度和覆盖面积的日趋增大而变得越来越重要。基坑支护工程作为一项投资大、设计和施工都很复杂的临时性工程，要做到既安全又经济，首先必须对其所受的力，即土压力和水压力进行深入系统的分析和研究。只有在保证设计计算的水压力和土压力的值与实际受力情况大致相符，才能有的放矢地进行基坑支护结构的设计，从而达到在保证工程安全的前提下投资最少的目的。 4.参考文献： [1]P.K.Kaise and K.J.Hewitt.The effect of groundwater flow on stability and design of retained excavations[J].Can.Geotech.J.2003,Vol.19,No.2,pp.139-152. [2]Finno,R.J. and Harahap，I.S.Finite element analysis of HDR-4 excavation[J].Geotech.Engrg，ASEC，2001,Vol.118,No.1,pp.185一187. [3]J.Geotech. Finno,R.J. ,Harahap,I.S.and Sabatini,P.J.Analysis of excavation with coupled finite element formulations[J].Engineering Geology，2002,Vol.66,No,20,pp.65-78. [4]李广信.基坑支护结构上水土压力的分算与合算[J].岩土工程学报，2000，20(3)：348-352. [5]沈珠江.基于有效固结应力理论的粘土土压力公式[J].岩土工程学报，2000，22(3)：353-356. [6]魏汝龙.总应力法计算土压力的几个问题[J].岩土工程学报，1995，17(6)：120-125. [7]王洪新.水土压力分算与合算的统一算法[J].岩石力学与工程学报，2011，30(5)：1057-1064. [8]刘国彬，黄院雄，侯学渊.水及土压力的实测研究[J].岩石力学与工程学报，2000，19(2)：205-210. [9]张克意，赵其华.深基坑围护结构侧面孔隙水压力研究[J].岩土工程学报，2004，26(1)：155-157. [10]王春波，丁文其.超深基坑地下连续墙外侧孔隙水压力监测及分析[J].兰州理工大学报，2011，37(5)：116-120. [11]杨晓军，龚晓楠.基坑开挖中考虑水压力的土压力计算[J].土木工程学报，1997，30(4)：58-62. [12]陈愈炯，温彦锋.基坑支护结构上的水土压力[J].岩土工程学报，1999，21(2)：139-143. [13]天津市工程建设标准.岩土工程技术规范(DB29一20一2000).北京:中国建筑工业出版社,2001. 研究的目标、内容和拟解决的关键问题
南农开题报告2 - 图文
