【辦公總結(jié)】基坑開(kāi)挖引起土體側(cè)移對(duì)樁的影響外文翻譯

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善?！巨k公總結(jié)】基坑開(kāi)挖引起土體側(cè)移對(duì)樁的影響外文翻譯外文翻譯沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生外文翻譯文章中文題目：外文翻譯基坑開(kāi)挖引起土體側(cè)移對(duì)樁的影響文章外文題目：Pile response due to excavation-induced lateral soil movement 學(xué) 院： 建筑工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 土木工程0804 學(xué)生姓名： 崔世鵬 指導(dǎo)教師： 寧寶寬 2011年 3 月24 日外文翻譯基坑開(kāi)挖引起土體側(cè)移對(duì)樁的影響 HGPoulos，F(xiàn)ellow，ASCE，and L.Chen摘要：在這篇

2、論文中，我們將應(yīng)用有限元分析法和邊界元法分析基坑開(kāi)挖引起的土體側(cè)向位移對(duì)單樁的影響。具體要關(guān)注在黏土層中有支撐系統(tǒng)的基坑開(kāi)挖情況。將考慮不同直徑樁體的土體側(cè)移的影響。用設(shè)計(jì)圖表法的形式來(lái)估算樁的彎矩和偏移。這些工作可能已經(jīng)被實(shí)際的工程師們用來(lái)估算基坑開(kāi)挖時(shí)對(duì)樁性質(zhì)的影響大小。我們將應(yīng)用圖表法的形式通過(guò)研究?jī)杉呀?jīng)發(fā)生的歷史案例來(lái)進(jìn)行闡述。通過(guò)分別用圖表和計(jì)算機(jī)分析的方法來(lái)比較已測(cè)樁和預(yù)測(cè)樁，我們發(fā)現(xiàn)圖表法可以推廣應(yīng)用到相近類型的其他土體中，但不能應(yīng)用到無(wú)支撐的基坑中。引言：有許多例子可以說(shuō)明由于基坑開(kāi)挖引起土體側(cè)移而對(duì)樁基的影響甚至破壞。例如：Finnoetal（1991）、Amirsoley

3、mani（1991）和Chu（1994）。因此對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)要能夠估計(jì)建造工程時(shí)，基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近樁群的影響是十分重要的。從理論上來(lái)說(shuō)，有限元分析法可以用來(lái)做那樣的估計(jì)而且確實(shí)是一種有效的方法。像上面闡述的Finnoetal（1991）和Haraetal（1991）都是用此法分析的。盡管如此，在許多情況下，由于缺乏詳細(xì)的地址或者巖土信息，有限元法分析既不安全，使用時(shí)又不靈活，在那種情況下，利用合理的原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的圖表法可能更適用。最初發(fā)展這種圖表形式的意圖是為現(xiàn)在的工作服務(wù)的。盡管基坑開(kāi)挖將會(huì)引起土體豎向和側(cè)向位移，但后者的影響因素被認(rèn)為對(duì)鄰近樁的影響更加關(guān)鍵，尤其是混凝土樁，因?yàn)闃锻ǔＴ谠O(shè)

4、計(jì)時(shí)很少考慮大的側(cè)向荷載。因此，現(xiàn)在研究的樁都只是考慮基坑開(kāi)挖引起土體側(cè)向位移對(duì)其影響，它們的影響可以同時(shí)用有限元法和邊界元法同時(shí)考慮。有限元法可以用來(lái)首先模擬基坑開(kāi)挖的過(guò)程和確定自由場(chǎng)地土體的位移，也就是土體的位移發(fā)生在沒(méi)有樁存在的情況下。這些確定的土體側(cè)移數(shù)據(jù)將作為一個(gè)初始進(jìn)量用邊界元法分析樁的反應(yīng)情況。樁體的反應(yīng)（如彎矩和偏移）將作為結(jié)果以圖表的形式反映出來(lái)，既而將應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中去，我們將分析歷史上發(fā)生的工程案例去闡明現(xiàn)行方法的可應(yīng)用性。問(wèn)題分析問(wèn)題的分析將顯示在圖1中。在圖1中，單樁埋在離基坑附近的土中，隨著基坑的開(kāi)挖，周圍的土體將朝著開(kāi)挖方向移動(dòng)，這會(huì)引起樁的彎矩和偏移變化，影響單樁

5、反應(yīng)的關(guān)鍵因素包括基坑開(kāi)挖的空間大小，基坑的支撐狀況，施工的過(guò)程，土的性質(zhì)和樁的性質(zhì)。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題起見(jiàn)，圖1中的土體是一種典型的粘土。基坑假定是無(wú)限長(zhǎng)的，因此符合二維平面應(yīng)變分析條件。 圖1 基本問(wèn)題分析基本問(wèn)題的分析和參數(shù)的選擇都顯示于圖1中。B=基坑的半徑；H=整個(gè)原粘土層的厚度；X=樁距基坑邊緣表面的距離；=土體的不排水的抗剪強(qiáng)度；=土體的楊式模量；r=單位土體的重度；=樁長(zhǎng)；d=樁的直徑；=擋土墻的剛度；s=支撐的剛度；=擋土墻的長(zhǎng)度；=基坑的開(kāi)挖的最大深度。基坑開(kāi)挖從頂部到底部分為10個(gè)步驟，每一步都挖走1m厚的土層，擬定有四個(gè)水平支撐支持當(dāng)墻。第一道支撐在第一步開(kāi)挖后設(shè)置，其余三道

6、支撐分別在第4步、第7步和第10步開(kāi)挖工作完成后加設(shè)，所有支撐都沒(méi)有預(yù)先加力。 通常基坑開(kāi)挖的深度可以用一個(gè)眾所周知的穩(wěn)定參數(shù)表示，的表達(dá)式如下： = （1）有限元法和邊界法分析二維的有限元方法來(lái)模擬沒(méi)有樁情況下基坑開(kāi)挖的平面應(yīng)變問(wèn)題。這種有限元法又被稱為AVPULLC（分析在側(cè)向荷載作用下的垂直樁），在其他地方也有陳述（詳見(jiàn)chen和poulos 1993；chen和poulos 1994 ；chen 1994）。此法最早用于分析側(cè)向荷載作用下或側(cè)向土體位移中群樁的反應(yīng)情況；隨后經(jīng)過(guò)改進(jìn)使之適用于基坑開(kāi)挖時(shí)的分析。用8節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)來(lái)形成土體和擋土墻，而goodman類型的元素用來(lái)形成土和擋

7、墻的分界面。在本次研究中，墻與土體的分界面假定是粗糙的，也就是說(shuō)沒(méi)有發(fā)生滑移，支撐被看作是彈簧，它的剛度是由各支撐節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的位置所決定的。土體和邊界元素看成是彈塑性材料，服從Tresca屈服準(zhǔn)則和不相適應(yīng)流動(dòng)法則。擋土墻被視為線彈性材料。應(yīng)該指出，根據(jù)Hashash和Whittle（1992）分析，用有限元法計(jì)算的土體的位移是依靠組成土體的成份模型而得出的。這種相對(duì)簡(jiǎn)單的彈塑性土模型應(yīng)用在目前的研究中可能因?yàn)闆](méi)有考慮土體的質(zhì)量特別是在很高的穩(wěn)定系數(shù)的情況下（接近于6）而不能獲得固定的應(yīng)變值而導(dǎo)致錯(cuò)誤。有限元網(wǎng)法用來(lái)分析如圖2所示的基本問(wèn)題，由于對(duì)稱性，這里只模擬了一半基坑的情況。在有限元模擬中

8、，擋墻假定設(shè)置在基坑前面，它對(duì)于周圍土體沒(méi)有影響。用有限元法計(jì)算的土體位移將作為用邊界元法分析樁的反應(yīng)的初始數(shù)據(jù)，邊界元法有稱為PALLAS（用作樁的和側(cè)向荷載分析），其他地方也有介紹（例如poulosetal 1995）。PALLAS用簡(jiǎn)化形式的邊界元法分析。在分析中，他將樁理想化為一根彈性梁，土體是一種彈性的連續(xù)介質(zhì)，但是限制了樁土表面的壓力，允許考慮由于地域原因土對(duì)鄰近樁沒(méi)有影響。這種方法可以分析單樁和非理想化的群樁，但不能處理頂部有樁帽的群樁。組成樁的原始參數(shù)有抗彎剛度，樁群中每根樁的直徑和長(zhǎng)度。土體模型需要具體的泊松比（盡管一般來(lái)說(shuō)影響很?。┖碗S著土層深度分布的各種楊氏模量。 圖2

9、有限元法對(duì)基本問(wèn)題的分析有限元法對(duì)基本問(wèn)題的分析雖然從理論上說(shuō)樁與側(cè)土的相互作用的極限土壓力可用有限元法分析獲得（chen和poulos 1994）曾推導(dǎo)過(guò)。在本次論文中，極限壓力假定簡(jiǎn)化為9（為不排水的抗剪強(qiáng)度）。這樣的假定對(duì)于基坑表面到樁的距離小于4倍樁直徑的情況特別是基坑支撐條件較靈活時(shí)可能偏于保守，因?yàn)樵诖饲闆r下，基坑開(kāi)挖或挖方會(huì)使減小，poulos（1976），chen和poulos（1994）曾指出過(guò)這種情況。chen（1994）曾檢測(cè)過(guò)樁在極限壓力下的反應(yīng)。這里采用基礎(chǔ)工程的方法已經(jīng)用于解決許多問(wèn)題，包括樁受外部地面動(dòng)力荷載時(shí)的情況（poulos和Davis 1980；poulo

10、s 1989，poulos.etal. 1995）與單樁分析法用于土、基坑支護(hù)和樁間相互作用相比較，基礎(chǔ)工程方法在挖方過(guò)程中使用相同的計(jì)算土位移的方法來(lái)反映大量不同樁對(duì)基坑開(kāi)挖時(shí)的影響方面有巨大優(yōu)勢(shì)。這樣的便利能力極大地推動(dòng)了參數(shù)研究和設(shè)計(jì)圖表的發(fā)展?；締?wèn)題的結(jié)果圖3顯示了在離基坑表面不同距離的四個(gè)基坑開(kāi)挖階段擋土墻側(cè)移和土體側(cè)移的計(jì)算情況?？梢钥闯鰮跬翂屯馏w位移隨著穩(wěn)定系數(shù)的增加而增加。增加的比率在土體接近破壞時(shí)會(huì)明顯加快。土體的側(cè)移在遠(yuǎn)離基坑表面的地方比在擋墻或其附近更加緩和。圖3顯示的土體側(cè)移本質(zhì)上與其他研究者預(yù)測(cè)的類似，像Hashash和Whittle（1992）年預(yù)測(cè)的那樣。 圖

11、3 擋土墻側(cè)移和土體位移的計(jì)算如圖4所示土體的最大側(cè)移量與不同的穩(wěn)定參數(shù)相關(guān)，而與基坑表面離樁的距離成反比，可以推斷（尤其是對(duì)那些穩(wěn)定系數(shù)大的基坑來(lái)說(shuō)），隨著X的增大，會(huì)減少，樁對(duì)于自由土體的位移在X=1m（如圖3（b）所示）時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)果在圖5中顯示，樁圖在圖1中有圖示。樁的偏移量與自由土體的位移密切相關(guān)，這表明樁相對(duì)較柔的事實(shí)，樁的彎矩在圖5（b）中顯示，可以發(fā)現(xiàn)有兩種曲率。彎距的最大值隨穩(wěn)定系數(shù)的增大而增大。當(dāng)土體接近破壞時(shí)，彎距的增大率隨穩(wěn)定系數(shù)在較大范圍內(nèi)增大而增大。我們還可以發(fā)現(xiàn)在離基坑表面的一切距離內(nèi)樁的偏移與土體的位移密切相關(guān)。因此，樁的最大偏移量可以認(rèn)為與土體的最大位移相等（

12、如圖4所示），而離樁不同距離的X的側(cè)向彎矩都具有十分相似的形狀，而彎矩的最大值隨著X的增大而減小，（如圖6所示）圖4土體最大位移隨離基坑表面的距離大小變化曲線 圖5 樁對(duì)基本問(wèn)題的反應(yīng)：a）撓度曲線 b）彎曲彎矩曲線 圖6 基本問(wèn)題中最大彎矩隨距離變化曲線參數(shù)的研究和圖表的設(shè)計(jì)為了研究對(duì)樁的影響最大的關(guān)鍵參數(shù)，我們研究了許多不同的情況下各種參數(shù)的變化。如：不排水抗剪強(qiáng)度，擋土墻剛度，支撐剛度K，支撐距離s和樁的直徑d。土的楊氏模量假定為400。通過(guò)參數(shù)的研究可以得出以下結(jié)論：（1） 土的極限側(cè)向荷載對(duì)樁的影響（彎矩和偏移量）隨著（和）的增大而增大。（2） 更大的土體的側(cè)移對(duì)樁的影響隨穩(wěn)定系數(shù)的

13、增大而增大。（3） 樁的影響隨著基坑支撐剛度條件的改善而減少。（例如 增大擋土墻剛度和支撐剛度，減少支撐間的距離s）因?yàn)槟菢拥闹螚l件會(huì)使土體的位移減少。（4） 因?yàn)闃蹲陨韯偠鹊脑?，樁的彎矩?huì)隨樁直徑的增大而增大。樁的偏移減小的趨勢(shì)很微小，但樁的偏移一般會(huì)隨著土體的位移一起，只要樁的剛度不是太大（比如直徑d10m） 圖7 初始彎矩隨離基坑表面距離大小的變化曲線和兩者的值和所有修正系數(shù)如圖710所示。從圖6和圖4分別獲得的。結(jié)論相應(yīng)取=3，我們可以得出和隨X的變化而變化，如圖7和9分別所示，所有的修正系數(shù)都在相應(yīng)取=3基本結(jié)論的基礎(chǔ)上修正。用公式（2）和微型化的圖表形式，這里不可避免的出現(xiàn)了誤

14、差，這樣的誤差是由于用公式（2）計(jì)算的結(jié)果與直接從邊界元法得出的結(jié)果所產(chǎn)生的。不過(guò)這種偏差在15%范圍內(nèi)，除了十分軟的粘土以外（如，Cu低于20kp）。 圖8 彎矩的影響因素修正圖需要說(shuō)明的是，公式（2）僅僅是計(jì)算樁的附加影響，它是假定在基坑開(kāi)挖前樁自身不存在初始彎矩和偏移將會(huì)隨著基坑開(kāi)挖的進(jìn)行而或增大或減小，這也取決于樁原來(lái)在工作載荷下的彎矩和偏移。同樣需要指出的是單樁的側(cè)向特性一般不會(huì)受鄰近群樁的密切影響，樁群受影響的程度取決于樁的數(shù)量，各樁距和樁頂部的約束條件，土的特性等因素。公式（2）也可以用于估計(jì)類似的群樁。圖9 隨基坑表面距離大小變化的初始位移值為了避免問(wèn)題過(guò)于復(fù)雜，公式（2）沒(méi)有

15、涉及無(wú)支撐的基坑開(kāi)挖情況，那種情況也可以用類似的方法分析。事實(shí)上，有限元研究表明在無(wú)支撐的情況下基坑開(kāi)挖時(shí)對(duì)樁的影響是十分不同的，在這種情況下，考慮用分別的圖表法會(huì)更加適合。由于限于篇幅，這種圖表法沒(méi)有在本文中介紹。 圖10 撓度的系數(shù)修正圖 問(wèn)題的應(yīng)用為了檢驗(yàn)本方法對(duì)預(yù)測(cè)樁的影響能力，我們分析了兩件已發(fā)生的有關(guān)案例，并作簡(jiǎn)要表述，在每一個(gè)案例中，在對(duì)具體場(chǎng)地進(jìn)行分析時(shí)，我們運(yùn)用有限元法AVPULL去估計(jì)土的位移，用PALLAS法計(jì)算樁的影響。公式（2）也被用來(lái)計(jì)算第一個(gè)樁的最大彎矩和位移。案例1Finno etal（1991）曾描述過(guò)在框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行大型基坑開(kāi)挖的情況。這種框架結(jié)構(gòu)是被階梯

16、狀的錐型群樁支撐的，這些樁離基坑表面很遠(yuǎn)，雖然基坑在開(kāi)挖是用臨時(shí)的錨桿支護(hù)，但當(dāng)要開(kāi)挖基坑的板樁墻時(shí)，群樁就向基坑內(nèi)部?jī)A斜嚴(yán)重?；娱_(kāi)挖被分為好幾個(gè)階段，板樁墻的偏移和樁的影響除了第一階段外其他幾個(gè)階段都被測(cè)量記錄了下來(lái)。圖11用有限元網(wǎng)法來(lái)研究自由土體的位移。現(xiàn)在所模擬的基坑開(kāi)挖過(guò)程中，錨定支撐被簡(jiǎn)化為四個(gè)水平支撐，每個(gè)支撐的剛度都與計(jì)算過(guò)的墻體位移相符合，基坑開(kāi)挖用AVPULL模擬為四個(gè)階段（沒(méi)有模擬板樁墻的開(kāi)挖，每個(gè)水平支撐在每一步基坑開(kāi)挖完成之后立刻加上去），已經(jīng)確定了的土體側(cè)向位移作為原始數(shù)據(jù)用PALLAS法來(lái)分析代表離基坑近的單樁影響。單樁離基坑表面1.5m，樁頂部被限制不能轉(zhuǎn)動(dòng)，

17、階梯狀的錐形樁被模擬成是單一的樁型，平均直徑為327mm，長(zhǎng)度為25m。土體參數(shù)的選擇都是以可獲得的信息為基礎(chǔ)的，如圖11所示 圖11 有限元網(wǎng)對(duì)案例1的分析因?yàn)镻ALLAS法不能用來(lái)分析有樁帽的群樁，這項(xiàng)分析只是分析單樁，而忽略樁土樁之間的相互影響，這種相互影響有兩個(gè)方面：1） 與單樁相比，它通常會(huì)減小樁中的剪力和彎矩，這時(shí)土體是完全彈性的（只有少量的位移）。（2） 它會(huì)改變樁土的極限側(cè)向土壓力，由于一定數(shù)量的實(shí)際樁構(gòu)成一個(gè)整體，群樁效應(yīng)下的不是很大，在實(shí)際是群樁的條件下考慮單樁的是有些保守的（chen 1994）。 圖12 案例1中樁的側(cè)移曲線 圖13 案例1中樁的彎矩曲線 圖12結(jié)合已有

18、的測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)了兩個(gè)基坑開(kāi)挖步驟中土體的側(cè)移情況，可以看出，兩者符合得相當(dāng)好。本文中在同一階段中側(cè)向彎矩的預(yù)估計(jì)與前人的計(jì)算結(jié)果如圖13所示，雖然在一些地方彎矩圖的形狀不太一樣，但彎矩的最大值在兩種情況下十分接近，而且都在允許的彎矩范圍內(nèi)。在公式（2）中，我們也預(yù)測(cè)了樁的最大彎矩和最大偏移量。假定土體為單一的硬粘土，=100。這里假定土體具有平均的抗剪強(qiáng)度。這種假定不會(huì)造成計(jì)算結(jié)果的很大出入，因?yàn)橐恍┰缒甑难芯勘砻?，值的過(guò)大或過(guò)小產(chǎn)生的影響會(huì)在上得到一定程度的補(bǔ)償，與成反比關(guān)系，第一階段的計(jì)算結(jié)果如下所示：初始數(shù)據(jù)：X=1.5m；=37KN·m，如圖7圖9所示，=14mm，如圖8所示

19、。修正系數(shù)如下所示：=100，=1.4如圖8、10所示，=1.95；=1.1（=19×6100），=0.5如圖8、10所示，=0.5，d=0.372m，=0.2如圖8、10所示，=1.0；=11× KN·m ，=1.3如圖8、10所示，=1.06；K=1× KNmm，=1.3如圖8、10所示，=1.5，S=5m，=1.45。如圖8、10所示，=1.2。從公式（2a）中得：=37×14×0.5×0.2×1.3×1.45=13 KN·m， 從公式（2b）中得：=14×1.95×0

20、.75×1.0×1.06×1.5×1.2=26mm，從第四個(gè)階段可得：=2.9（=19×15100），=1.0 如圖8、10所示，=1.0，其他初始數(shù)據(jù)和修正系數(shù)與前同，從公式（2a）中得：=37×14×1.0×0.2×1.3×1.45=25 KN·m；從公式（2b）中得：=14×1.95×1.0×1.0×1.06×1.5×1.2=52mm.。 這些計(jì)算結(jié)果與圖12、13的結(jié)果具有可比性。案例2chu（1994）曾報(bào)道了由沙漿樁作為基坑開(kāi)挖支撐的大型基坑項(xiàng)目，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中卻產(chǎn)生了明顯的偏移現(xiàn)象，這些樁直徑為400mm，長(zhǎng)度為30m，被排成了一排。建筑場(chǎng)地主要有一些軟土組成，基坑開(kāi)挖面積為130m×100m，分許多階段施工，每個(gè)階段都要從總面積中挖去一部分土。第一階段是開(kāi)挖基坑的最大開(kāi)挖深度，在基坑的周圍某些地方建造支撐用的防護(hù)墻。開(kāi)挖的最大平均深度12.8m。粘土層單位土體的重度和不排水的抗剪強(qiáng)度分別為18 KN和40。由于工程建設(shè)的復(fù)雜性，本次論文只研究用AVPULL模擬。第一階段兩側(cè)一部分板樁的位移，防護(hù)墻在基坑