基坑設計中應變局部化理論的應用

摘 要：在傳統的基坑檢測過程中，衡量基坑安全性的尺度一般是按照規范里的報警值來確定，因而相關的理論依據并不充分。本文進行了平面應變不排水的試驗，并根據試驗結果和土體應變局部化的影響，在基坑設計中應用剪切帶開始形成時的強度指標。在經過了一系列的計算實驗后，發現采用局部化的強度指標能夠對基坑的安全性進行更好地檢測和控制。

關鍵詞：基坑設計；應變局部化；應用

基坑工程的設計和施工聯系的相當緊密，基坑工作的安全性不光要在施工中體現出來，在設計時也要進行充分的考慮。目前基坑檢測主要是依據國家相關的規范和地方規范來確定標準的，但是相關規定中的報警值只是以往工程的一些經驗值，并沒有可靠地理論依據作為支撐。因此如果能夠具備相應的理論依據來作為基坑監測標準的指導，那么基坑設計時就可以綜合考慮各方面的因素，以實現設計的安全性和經濟性。

在進行土體應變局部化問題的研究時，土體應變局部化的過程是通過平面應變實驗結果得到的，這個研究過程可以分為以下幾個階段：初始損傷、剪切帶開始形成、峰值偏應力、剪切帶完全形成和殘余偏應力，而且在實驗中將剪切帶的開始形成點直接看成是側向應變的分叉點。根據這些實驗結果提出：深基坑或者高路堤的穩定性驗算應該采用的地基土的抗剪強度指標，而這種指標的確定是依靠剪切帶開始形成這個特征點對應的偏應力進行的。

1 平面應變實驗結果分析

通過固結不排水平面應變試驗對上海褐黃色粉質粘土和暗綠色粘性土進行了測試后，對其產生的局部變形進行了準確的測量，通過相關數據。根據其中的數據可以看到，褐黃色粉質粘土的抗剪強度指標峰值為？準=18.65°，c=9.06kPa，而剪切帶開始形成點的抗剪強度指標峰值為？準0=8.71°，c0=20.72kPa，而暗綠色粘性土的抗剪強度指標峰值則為？準=29°，c=5.2kPa，剪切帶開始形成點的抗剪強度指標峰值為？準0=24°，c0=15.7kPa。

另外還對上海淤泥質粉質粘土進行了平面應變不排水試驗，從而得出它的抗剪強度指標峰值為？準=12.8°，c=21.6kPa，剪切帶開始形成點的抗剪強度指標為？準0=6°，c0=16.7kPa。

2 工程實例分析

文章以圣和圣廣場為例，簡單的介紹基坑設計中應變局部化理論的應用情況。

2.1 工程簡介

圣和圣廣場工程位于上海閘北區海寧路南側，河南北路西側，塘沽路北側，擬建山西北路的東側。其中面積最大的是3號基坑，占地面積超過了4000m2，周長緊300m左右，而且橫切面呈現出不規則的多變形狀，如圖1。基坑工程所在地的周邊環境比較復雜，而且周圍道路下地下管線分布較為密集。

用樁徑為1000mm和900mm的鉆孔灌注樁和樁徑為850mm、水泥摻入量為20%的三軸攪拌樁作為基坑的圍護結構，形成止水圍護的形式，用一道鋼來進行支撐。基坑的挖深約為9.25m，而電梯井超挖則確定為1.8m，集水井超挖則是1.4m。從前文的計算式可以進行不同圍壓下應力峰值的計算，然后再根據相關的計算式來計算剪切帶開始形成時的應力情況，從而得出剪切帶開始形成點的抗剪強度應力。

2.2 基坑穩定性驗算

在得出了相關的數據后就可以開始進行基坑的相關設計，設計中基坑的施工工況如圖2所示，根據施工的具體情況來判斷基坑施工的安全性，可以得到相關的計算結果，如表1。

從表1可以看到，在考慮了應變局部化之后，如果利用剪切帶開始形成時的抗剪強度進行基坑的安全度驗算，和采用應力峰值進行的安全度驗算相比，安全系數要低得多。墻體抗隆起的安全系數在進行計算時，如果利用利用剪切帶開始形成時的抗剪強度進行計算，要比采用峰值進行計算所得的結果小很多。而且基坑的抗傾覆安全系數已經超過了二級基坑的要求，達到了1.05左右。根據上述結果數據可以得出一個結論：在利用應力峰值抗剪強度指標進行深基坑的設計時，存在一定的安全風險，因此要格外小心謹慎。

3 關于基坑設計中應變局部化理論應有的一些思考

根據上文的一些數據和實驗結果，通過相關的公式計算后可以對上海圣和圣廣場的3號樓基坑進行合理有效的分析，從中可以得到一些有助于設計的結論：

4 結束語

從文章中可以看出，在基坑設計中運用應變局部化理論可以對各種因素進行有效地考慮，充分實現設計安全性和經濟性的問題。目前由于基坑設計的檢測標準缺乏相關理論支持和引導，僅僅采用以往的經驗值來作為指導，使得基坑設計在施工時面臨著諸多難題，很有可能給施工企業造成大量財力人力物力的浪費，而且嚴重影響工程的質量，對基坑設計進一步的發展也有著嚴重的阻礙。通過應變局部化理論分析和試驗，將基坑設計的指標引導向規范化和理論化的道路，是目前該行業需要著重思考和探索研究的重要問題。

參考文獻

[1]葉朝漢，袁聚云，徐楓，董建國.應變局部化理論在基坑設計中的應用[J].巖土工程學報，2006，S1：1425～1427.

[2]張恒，袁聚云，董建國.考慮黏性土應變局部化的深基坑設計研究[J].巖土工程學報，2008，S1：198～202.

作者簡介：齊廣周（1981-），男，漢族，研究生，工程師。