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關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；礦山工程；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)；有限元分析

在一些大型的土木工程中常常需要進(jìn)行比較深的土方開挖，基坑就是開挖面內(nèi)從地面到開挖面底所處形成的空間，隨著工程施工進(jìn)度的推進(jìn)，基坑埋深也不斷增加，從而導(dǎo)致深基坑工程的大量涌現(xiàn)，極大地推動了基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展[1-3]。在礦山工程中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)和環(huán)境條件關(guān)系密切，在設(shè)計基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)時必須考察工程區(qū)域周圍環(huán)境，特別是在工程不斷推進(jìn)的情況下，周邊的水文條件和地質(zhì)條件的變化情況，在建立基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)前，充分了解工程所處周邊環(huán)境條件[4]。在目前的礦山工程中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型有很多，其安全性始終是人們研究的重點(diǎn)，長期以來，為了保證基坑施工的安全性，很多學(xué)者和技術(shù)專家提出了各種各樣的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析方法，研究支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理或土體本構(gòu)模型[5]。但是在實(shí)際分析計算中，傳統(tǒng)分析方法分析不夠完善，主要是對支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的產(chǎn)生和作用認(rèn)識不科學(xué)，存在計算偏差，其分析一致性比較差[6]。因此，提出基于預(yù)應(yīng)力的礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析，解決上述中存在的問題，為以后的工作提供一定理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1基于預(yù)應(yīng)力的礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析

1.1預(yù)應(yīng)力錨桿形變計算及分析

預(yù)應(yīng)力是礦山工程基坑施工期間給結(jié)構(gòu)預(yù)先施加的力，與荷載導(dǎo)致拉應(yīng)力可相互抵消，因此在對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析前，計算錨桿形變[7]?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)中的錨桿受到預(yù)應(yīng)力和荷載的作用發(fā)生彈性變形，荷載作用將從錨頭傳遞到錨固體頂端，逐漸分配到錨固段和自由端兩部分[8]。在計算中，將分配到錨固段的荷載定義為1q，將分配到自由段的荷載記為2q，總荷載為12q=q+q，設(shè)錨固段長度為d，漿體與土體的摩阻力破壞區(qū)長度為0d，砂漿與土層間的殘余抗剪強(qiáng)度為0σ，彈性區(qū)范圍為1d~2d。d~0d范圍為錨固段未受荷段[9]。在同一荷載作用下，荷載傳遞過程在自由端與錨固段基本相同，漿體與土體間塑性破壞區(qū)在荷載增長的作用下，長度1d不斷增加，荷載達(dá)到極限值時錨桿尾部進(jìn)入彈性階段，整個錨桿的極限荷載為錨固段和自由端承受荷載的疊加。但是在實(shí)際情況中，自由端和錨固段不一定會同時達(dá)到極限荷載[10]。在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中，錨固體的漿體與鋼筋的剛度在沒有達(dá)到臨界荷載時，漿體與鋼筋剛度之間可能發(fā)生同步變形作用，此時錨桿的拉力就會被傳遞到錨固土層中，導(dǎo)致錨固體產(chǎn)生拉伸變形，與周圍土體產(chǎn)生剪切位移。利用公式1計算錨桿總位移。（1）公式中0S表示桿體截面積，0l表示自由段長度，ed表示錨固段位移，0E表示桿體的彈性模量。隨著基坑工程進(jìn)度的推進(jìn)，基坑土體的壓力逐漸增大，進(jìn)而導(dǎo)致錨桿的拉拔力增大，錨桿逐漸變形，且越來越明顯，當(dāng)錨固體與砂漿之間的粘結(jié)力抵抗不了壓力時，錨桿被整體拉出，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)被破壞。

1.2建立土體本構(gòu)分析模型

基于上述計算結(jié)果和分析結(jié)論，建立基坑本構(gòu)分析模型，由于基坑的礦山工程地質(zhì)情況比較復(fù)雜，為了簡化建立過程，在模擬過程中對基坑做出基本的假定。具體內(nèi)容為：將在模型建立過程中，將基坑邊坡的支護(hù)結(jié)構(gòu)分析問題看作平面應(yīng)變的問題；水文環(huán)境對模擬過程不產(chǎn)生任何影響；模擬過程中不考慮噴砼層的情況，更好地體現(xiàn)出預(yù)應(yīng)力對基坑的作用；在錨索周圍巖石體不發(fā)生位移的情況下，并滿足其變形相容條件；將鋼筋、漿體等土體視為理想彈性體。在上述設(shè)定條件下，構(gòu)建理想分析模型，在模擬過程中用到的參數(shù)來源為工程勘察報告提供的土體物理及力學(xué)參數(shù)，其中泊松比和楊氏模量兩個參數(shù)由技術(shù)人員的以往經(jīng)驗確定。但是在建立模型和分析時，更多的是使用基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的切變模量和體積模量。上述中泊松比、楊氏模量與切變模量、體積模量的關(guān)系為：（2）公式中eQ表示切邊模量，eV表示體積模量，ϕ表示泊松比，eY表示楊氏模量。在分析模型中，將基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)看做實(shí)體單元，考慮到在閉鎖效應(yīng)的影響下，建立的模型與實(shí)際情況存在一定差距。因此，結(jié)構(gòu)中連續(xù)墻和圍護(hù)樁采用板單元模擬，錨桿的自由段采用點(diǎn)對點(diǎn)彈簧單元模擬，錨桿的固定段則采用土工格柵模擬。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，各個主體在變形過程中可能會發(fā)生錯動，在模型中使用界面單元模擬。界面單元強(qiáng)度與周邊土體強(qiáng)度通過以下方程建立聯(lián)系：（3）公式中0Z表示界面強(qiáng)度折減因子，在設(shè)計的模型中取值為0.65；0ω表示界面變形角度，sω表示周邊土體變形角度，0c表示界面強(qiáng)度，sc表示周邊土體強(qiáng)度。在已知各模擬參數(shù)以及參數(shù)之間的關(guān)系基礎(chǔ)上，即可構(gòu)建土體本構(gòu)分析模型，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)值模型和本體模型模擬，得到基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值結(jié)果，以此分析礦山工程支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2基于預(yù)應(yīng)力的礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗研究

2.1實(shí)驗準(zhǔn)備

為了更好地分析礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析方法的實(shí)際水平，選擇某地深基坑工程作為實(shí)驗案例，設(shè)計多項對比實(shí)驗，為準(zhǔn)確、客觀地評價工程場地巖土物理學(xué)性質(zhì)，實(shí)驗過程中設(shè)計統(tǒng)一的地層設(shè)計參數(shù)。基坑各地層設(shè)計參數(shù)如表1所示?；幼畲笊疃葹?0米，根據(jù)實(shí)際勘查情況，實(shí)驗中考慮20kpa的超載。在上述試驗參數(shù)下進(jìn)行實(shí)驗驗證。

2.2分析精度實(shí)驗結(jié)果及分析

礦山工程基坑開挖會對周圍建筑物造成影響，周圍堆積物、建筑物等地面超載會給支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作特性造成影響，在分析精度實(shí)驗分析中，設(shè)置不同的地面超載，計算分析方法的分析數(shù)值精度。實(shí)驗結(jié)果如表2所示。通過表2中數(shù)據(jù)可以看出，傳統(tǒng)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析方法1和方法2分析數(shù)值較高，說明其精度較低，相比之下，提出的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析方法數(shù)值較低，說明其分析精度高。由此可知，提出的基于預(yù)應(yīng)力的礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析方法精度更能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

2.3穩(wěn)定性實(shí)驗結(jié)果及分析

在對礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，其穩(wěn)定性應(yīng)滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，否則應(yīng)對基坑邊坡進(jìn)行二次處理，存在比較高的風(fēng)險。以礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的潛在滑裂面作為目標(biāo)，使用不同的分析方法分析基坑邊坡在失穩(wěn)狀態(tài)下的應(yīng)變情況，計算其穩(wěn)定性系數(shù)，使用第三方軟件統(tǒng)計實(shí)驗結(jié)果。實(shí)驗結(jié)果具體內(nèi)容如表3所示。實(shí)驗中默認(rèn)距離為1.553e+002，觀察各個分析方法的velocity參數(shù)變化，該值越低表示對應(yīng)分析方法的穩(wěn)定性越好。從表中數(shù)據(jù)可以看出，三種方法相比之下，兩種傳統(tǒng)的分析方法下Velocity參數(shù)始終比較高，醍醐的基坑支護(hù)結(jié)果分析方法實(shí)驗結(jié)果Velocity參數(shù)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的分析方法。結(jié)合分析精度實(shí)驗結(jié)果可知，設(shè)計的基于預(yù)應(yīng)力的礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析方法精度高、穩(wěn)定性好，該方法的一致性更好，優(yōu)于傳統(tǒng)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析方法。

3結(jié)束語

隨著礦山工程的不斷涌現(xiàn)，規(guī)模的不斷擴(kuò)大，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全問題也日益突出。本文圍繞著礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析展開研究，在原有的文獻(xiàn)資料支持下，提出基于預(yù)應(yīng)力的礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析。并且在完成相關(guān)分析工作后，通過多組對比實(shí)驗，驗證了提出的礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析方法的可靠性和一致性，解決了原有分析中存在的問題，為今后的研究工作作出充分的準(zhǔn)備。但是考慮到基坑工程具有較明顯的空間效應(yīng)，在研究中應(yīng)加強(qiáng)對基坑的三維研究，在與二維對比分析的過程中不斷提高分析水平，從而指導(dǎo)礦山工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的搭建。

參考文獻(xiàn)

[1]董建華,莊超.深基坑框架預(yù)應(yīng)力錨桿微型鋼管樁聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2019,38(03):619-633.

[2]葉帥華,李德鵬.復(fù)雜環(huán)境下深大基坑開挖監(jiān)測與數(shù)值模擬分析[J].土木工程學(xué)報,2019,52(S2):117-126.

[3]李博,王貴和,李輝,等.深基坑“墻-撐-錨”組合支護(hù)體系變形特性研究[J].結(jié)構(gòu)工程師,2019,35(05):174-182.

[4]邢曉飛,師亞龍,沈文輝,等.預(yù)應(yīng)力錨索不均勻受力原因分析及對策[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2019,38(09):29-33.

[5]李兵,劉陽,李卓倫,等.錨桿參數(shù)對深基坑變形影響的有限元分析[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2020,36(03):404-411.

[6]王正振,戴國亮,孫正華,等.裝配式地下車站應(yīng)用于內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的可行性分析[J].施工技術(shù),2019,48(09):102-106.

[7]宋利文,譚燕秋.基于施工工況下冗余度的深基坑支護(hù)體系研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2019,15(S1):321-326.

[8]吳剛,李軍委,同飛,等.榮民金融中心深基坑支護(hù)設(shè)計及數(shù)值模擬分析[J].建筑結(jié)構(gòu),2019,49(S2):906-909.

[9]徐漢東,李志剛,姚和康,等.先張法預(yù)應(yīng)力工型樁力學(xué)特性及其工程應(yīng)用[J].土木工程與管理學(xué)報,2019,36(06):32-37.

[10]朱琦,李帥,魏東旭,等.基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合選型及受力與變形特性[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2020,20(32):13369-13378.

作者：呂宏鋼 單位：中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊