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

1、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-inducedlateral 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日外文翻譯基坑開挖引起土體側(cè)移對(duì)樁的影響H. G. Poulos , Fellow , ASCE and L.Chen摘要：在這篇論文中，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)的基坑開挖情 況。將考慮不同直徑樁體的土體側(cè)

2、移的影響。用設(shè)計(jì)圖表法的形式來估算樁的彎矩和偏移。這些工作可能已經(jīng)被實(shí)際的工程師們用來估算基坑開挖時(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研究?jī)杉呀?jīng)發(fā)生的歷史案例來進(jìn)行闡 述。通過分別用圖表和計(jì)算機(jī)分析的方法來比較已測(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)用到無支撐的基坑中。引言：有許多例子可以說明由于基坑開挖引起土體側(cè)移而對(duì)樁基的影響甚至破 壞。例如：Finnoetal （ 1991）、Amirsoleymani （1991 ）和 Chu （1994）。因此對(duì) 于工程師來說要能夠估計(jì)建造工程時(shí)，基坑開挖對(duì)鄰近樁群的影響是十分重要 的。從理論上來說，

3、有限元分析法可以用來做那樣的估計(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)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

4、有限元法和邊界元法同時(shí)考慮。有限元法可以用來首先模擬基坑開挖的過程和確定自由場(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， 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。問題分析問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 基坑的開挖，周圍的土體將朝著開挖方向移動(dòng)，這會(huì)引起樁的彎矩和偏移變化， 影響單樁反應(yīng)的關(guān)鍵因素包括基坑開挖的空間大小，基坑的支撐狀況，施工的過程，土的性質(zhì)和樁的性質(zhì)。為了簡(jiǎn)化問題

5、起見，圖1中的土體是一種典型的粘土基坑假定是無限長(zhǎng)的，因此符合二維平面應(yīng)變分析條件H “加B 畑EkT 血訊帕1Lp “伽A 0.$nEp MOOOMPiL* = 13m甌 -aa ji lokN .m210a圖1基本問題分析基本問題的分析和參數(shù)的選擇都顯示于圖 1中。B=基坑的半徑；日=整個(gè)原粘 土層的厚度；X=樁距基坑邊緣表面的距離；Cu二土體的不排水的抗剪強(qiáng)度；Es = 土體的楊式模量；r=單位土體的重度；Lp二樁長(zhǎng)；d二樁的直徑；EI w =擋土墻的 剛度；s=支撐的剛度；Lw=擋土墻 的長(zhǎng)度；hmax=基坑的開挖的最大深度?；?開挖從頂部到底部分為10個(gè)步驟，每一步都挖走1m厚的土

6、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挖后設(shè)置，其余三道支撐分別在第4步、第7步和第10步開挖工作完成后加設(shè)，所有支撐都沒有預(yù)先加力。通常基坑開挖的深度可以用一個(gè)眾所周知的穩(wěn)定參數(shù)Nc表示，Nc的表達(dá)式如下：有限元法和邊界法分析NcrhCu(1)二維的有限元方法來模擬沒有樁情況下基坑開挖的平面應(yīng)變問題。這種有 限元法又被稱為AVPULLQ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 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)過改進(jìn)

7、使之適用于基坑開挖時(shí)的分析。用8節(jié)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)來形成土體和擋土墻，而goodman類型的元素用來形成土和擋墻的分界面。在本次研究中，墻與土體的分 界面假定是粗糙的，也就是說沒有發(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一塑性材料，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]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（Nc接近于6）而

8、不能獲得固定的應(yīng)變值而導(dǎo)致錯(cuò)誤。有限元網(wǎng)法用來分析如圖2所示的基本問題，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，擋墻假定設(shè)置在基坑前面，它對(duì)于周圍土體 沒有影響。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。

9、 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（盡管一般來說影響很?。┖?隨著土層深度分布的各種楊氏模量。有限元法對(duì)基本問題的分析雖然從理論上說樁與側(cè)土的相互作用的極限土 壓力Pu可用有限元法分析獲得（chen和poulos 1994 ）曾推導(dǎo)過。在本次論文 中，極限壓力Pu假定簡(jiǎn)化為9Cu （ Cu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，基坑開挖或挖方會(huì)使Pu減小，poulos（ 1976）, chen 和poulos（ 1994）曾指出過這種情況。chen （

10、1994）曾檢測(cè)過樁在極限壓力Pu下 的反應(yīng)。這里采用基礎(chǔ)工程的方法已經(jīng)用于解決許多問題，包括樁受外部地面動(dòng) 力荷載時(shí)的情況（poulos 和 Davis 1980 ； poulos 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 程中使用相同的計(jì)算土位移的方法來反映大量不同樁對(duì)基坑開挖時(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?；締栴}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)Nc的增加而增加。增加的比率在

11、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。LmsbI 4U met&wrt, (mtn； amo加a（）xaUlsni WE 3n4r*ote4, jfM*0-20LaEtnJ loti mmwenj y mm)*0-40-200圖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ymax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)大的基坑來說），隨著X的增大，ymax會(huì)減少，樁對(duì)于自由土體的位移在

12、 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（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）3020-%1.53.0 4.0* t_r 5.0-if 一

13、一二r 二 11i二二UQ510】520X（m）圖4 土體最大位移隨離基坑表面的距離大小變化曲線Dvneaicm (mm)ISKJq fij電占Bcintinj iTHEcni -tooiooyjQ圖5樁對(duì)基本問題的反應(yīng)：a）撓度曲線b ）彎曲彎矩曲線30025020015050-r兀1.S 3.0i 4.0 * * -* ,0*、*-i F * c 二二=-*W15X(in)圖6基本問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Cu，擋土墻剛度Eg，支撐剛度K,支撐距離s 和樁的直徑d。土的

14、楊氏模量假定為400Cu。通過參數(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Cu （和Es）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d 10m0048121620Distance froni excavation face, X

15、 （m）圖7初始彎矩隨離基坑表面距離大小的變化曲線o o o O4 3 2 115% 圍Mb和Pb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Nc=3,我們可以得出Mb和Pb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 Nc=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。不過這種偏差在內(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，它是假定在基坑開挖刖樁自身不

16、存在初始彎矩和偏移將會(huì)隨著基坑開挖的進(jìn)行而或增大或減小，這也取決于樁原來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。DisUnce from excavation face, X （m）圖9隨基坑表面距離大小變化的初始位移值為了避免問題過于復(fù)雜，公式（2）沒有涉及無支撐的基坑開挖情況，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支撐的情況下基坑開 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。

17、由于限于篇幅，這種圖表法沒有在本文中介紹。AXJLJK.X圖10撓度的系數(shù)修正圖問題的應(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 ）曾描述過在框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行大型基坑開挖的情況。這 種框架結(jié)構(gòu)是被階梯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 開挖是用臨時(shí)的錨桿支護(hù)，但當(dāng)要開挖基坑的板樁墻時(shí)，群樁就向基坑內(nèi)部?jī)A斜 嚴(yán)重?；娱_挖被分為好

18、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。圖11用有限元網(wǎng)法來研究自由土體的位移?，F(xiàn)在所模擬的基坑開挖過程中， 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)算過的墻體位移相符 合，基坑開挖用AVPUL模擬為四個(gè)階段（沒有模擬板樁墻的開挖，每個(gè)水平支 撐在每一步基坑開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)，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1） 與單

19、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 巳，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Pu不是很大，在實(shí)際是群樁的條件下考慮單樁的PU是有些保守的(chen 1994 )。Deflection (nun)圖12案例1中樁的側(cè)移曲線Bending 川則蝕L(kI5i40 -30 -20 -1001(1 2(13&懐-* Finno er al (1991) fsiep IO- Finno ei al ()倍皓p 440 I圖13案例1中樁的彎矩曲線圖12結(jié)合已有的測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)了兩個(gè)基坑開挖步驟中土體的側(cè)移情況，可以

20、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，Cu=100kPa。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┰缒甑难芯勘砻鳎珻u值的過大或過小產(chǎn)生的影響會(huì)在Nc上得到一定程度的補(bǔ)償，Nc與Cu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 Mb=37KNm如圖7圖9所示，Pb=14mm如圖8所 示。修正系數(shù)如下所示：Cu=

21、100kpa ,Kcu=1.4如圖8、10所示，Kcu=1.95 ;肌=1.1 (=19X 6/100), KNc =0.5 如圖 8、10 所示，KNc =0.5 , d=0.372m, Kd =0.2 如圖 8、10所示，Kd =1.0 ; EIw=11X 104 KN m , Keiw=1.3 如圖 & 10所示， KEiw =1.06 ; K=1X 104 KN/m/m Kk=1.3 如圖 8、10所示，Kk =1.5 , S=5m Ks=1.45。如圖 8、10 所示，Ks =1.2。從公式(2a)中得：M max=37X 14X 0.5 X 0.2 X 1.3 X 1.45=13

22、KN- m從公式(2b)中得：Pmax=14X 1.95 X 0.75 X 1.0 X 1.06 X 1.5 X 1.2=26mrg 從第四 個(gè)階段可得：Nc=2.9 (=19X 15/100), Knc=1.0 如圖 8、10 所示，Knc =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：M max=37X 14X 1.0 X 0.2 X 1.3 X 1.45=25 KN m 從公式(2b)中得：Pmax=14X 1.95 X 1.0 X 1.0 X 1.06 X 1.5 X 1.2=52mm.o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

23、沙漿樁作為基坑開挖支撐的大型基坑項(xiàng)目，在基坑開挖過程中卻產(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，基坑開挖面積為130MX 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。第一階段是開挖基坑的最大開挖深度，在基坑的周圍某些地方建造支撐用的防護(hù)墻。開挖的最大平均深度 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/ m3和40kpa。由于工程建設(shè)的復(fù)雜性，本次論文只研究用AVPULL莫擬。第一階段兩側(cè)一部分板樁的位移，防護(hù)墻在基坑兩側(cè)的傾斜角為27.2 ，群樁效應(yīng)在樁排成一排時(shí)時(shí)并不明顯(chen和poulos 1993, 1994),因此，我們只用PALLAS法分析離基 坑表面3m處的單樁對(duì)基坑開挖引起的土的側(cè)移的影響，理論研究的參數(shù)在表格 1中。這些參數(shù)的選擇來自于可獲