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基坑排桩对建筑抗震性的影响分析

更新时间:2016-07-05

0 引言

随着建筑工程技术与手段的持续更新,建筑的结构设计层出不穷,人们对于建筑的需求不仅局限于舒适程度,部分地震多发地区更注重建筑的抗震性能[1]。建筑工程开工初期,基坑的稳定性直接影响建筑的抗震性能,基坑排桩以某种队列形式构成基坑支护结构,因此建筑的抗震性与基坑排桩有着密不可分的关系[2]。由于双排桩具备防止基坑变形的能力,有利于维持基坑的稳定性,使得近几年其在基坑工程建设中的使用率较高,具有较大的研究价值,因此本文以基坑的双排桩为例研究其对建筑抗震性能的影响[3]。以往对建筑抗震性的研究仅限于施工材料、技术手段等外部条件,忽略了土体安全系数、基坑状态的影响,不利于建筑抗震性能的研究[4]。因此本文从基坑排桩角度出发,对某工程项目的基坑双排桩展开实验研究,分别从排距、刚度两方面探讨基坑双排桩对建筑抗震性的影响,以期为基坑建筑工程的施工提供有效的抗震依据,一定程度上提高建筑的抗震性。

1 基坑排桩对建筑抗震性的影响分析

1.1 有限元强度折减法计算理论

外荷载一定的基础上,土体内供应的抗剪强度最大值与外荷载于土内产生的实际剪应力之比,叫做有限元强度折减法[5]。利用折减系数计算出土体强度参数(c,φ)的折减结果,当实际剪应力等于折减后土体供应的抗剪强度,这时仍保持折减计算不终止,则会出现土体失去平衡的状况,对建筑抗震性造成一定威胁[6]。土体的安全系数Fs就是当土体处于极限平衡状态时相应的折减系数。

现代工程施工中一般将下述3种标准作为衡量基坑是否处于损坏状态的依据:

(1) 将数值计算收敛作为判断标准。

(2) 将是否产生连续性的塑性贯通区作为判断标准。

(3) 将特征位置的位移拐点作为判断标准

根据判断标准(1)获取的安全系数可靠性较低,因为收敛程度受到来自文章构建的有限元分析模型以及计算方法的影响,降低了结果的真实度,此标准不予采用[7]。判断标准(3)与(2)相比,安全系数处于劣势,主要原因是特征部位点位移存在拐点不清晰、所处定位不能确定的弊端,导致极难获取[8]。相比之下判断标准(2)具有可靠性,本文以此作为衡量标准对基坑损坏程度展开研究,并基于该破坏标准对建筑的抗震性能进行分析。

1.2 有限元强度折减法计算公式

基于上述分析的基坑损害衡量标准,本文依据土体安全系数采用有限元强度折减法计算公式,获取各个土层计算参数。强度折减法的研究与探讨是通过ABAQUS有限元软件完成的[9]。基于对该软件的分析,通过场变量与温度变量的方法进行强度参数的折减计算[10]。当土体处于修正剑桥模式的情况下,场变量与温度变量的改变不会影响参数原始屈服面大小a0数值的改变[11],所以发挥Coulomb屈服准则的作用,通过温度变量Fs实施土体材料强度的折减。式(1)对其进行了详细的描述:

(1)

CHEN Zhanpeng,GAO Wei,Li Yonghui,et al.Application of Pile Composite Soil Nailing Support in Deep Pit Slope[J].Building Science,2016,32(9):114-118.

基于对Mohr-Coulomb强度损坏准则的研究,Fs可通过式(2)描述:

(2)

分析图3能够看出,在排距分别为3 m、5 m、7 m及9 m时,前后排桩水平位移值相差较小;在排距是3 m、9 m的情况下,排桩的水平位移较大。分析图4能够看出,当排距是3 m、9 m时双排桩的桩后土压力较小;当排距是5 m、7 m时双排桩的桩后土压力较大。其原因主要是排桩的水平位移越小基坑的稳定性越好,也就是说基坑的稳定性越好承受的土压力就越大。同样的,当排距取值适当时,能够获取最佳的基坑稳定性,此时建筑的抗震性较好。实验结果表明,当基坑双排桩排距的取值过大或过小时,建筑抗震性较差;当基坑双排桩排距进行适当取值时,建筑抗震性较好。

(3)

分析图2能够看出,排距越大并不能代表其所在基坑的安全系数越大,当排距在3~5 m间时产生最大的稳定安全系数,当排距为9 m时稳定安全系数最低。分析表2能够看出,排距是3 m时后排桩与塑性区贯通位置的长度值为最大,这种情况下双排桩结构发挥了一堵墙的作用,导致顶部的土体拉裂直至损坏;当排距是9 m时塑性区贯通处于双排桩的中间部分,双排桩对土体的作用力较小,同样导致土体顶部拉裂直至损坏。综上所述,当排距处于适当的数值时才能最大限度地发挥排桩的作用,基坑稳定性就越强,建筑的抗震性也越好。因此只有排距取值适当时,才能获取最佳的建筑抗震性。

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1.3 有限元分析模型

基坑开挖过程的模拟是在ABAQUS有限元软件基础上实现的[13]。设置基坑形变使用平面应变模型,土体使用莫尔-库仑弹塑性模型[14],桩体使用二维弹性模型,在忽略桩间土绕流的情况下,构建基坑双排桩有限元分析模型(图1)。

土体使用15节点三角形单元,并且将桩体与板桩视为等效,使用线弹性梁单元作为连梁[15],将40 m×30 m来对模型大小进行描述。用EI=1.4×106 kN·m2/m表示前后排桩等效刚度,用EI=1.2×106 kN·m2/m描述连梁等效刚度,双排桩的长度均值是22 m,1 m×0.8 m是连梁的横截面积。表1详细列出了此模型的基坑土质参数与力学参数。

图1 基坑双排桩有限元分析模型 Fig.1 Finite element analysis model of foundation pit pile rows

表1 基坑土层计算参数 Table 1 Calculation parameters of soil layers in foundation pit

项目厚度/m重度/(kN·m-3)黏聚力c/kPa内摩擦角φ/(°)泊松比v模量E/(kN·m-2)黏土516.47.490.21900前排桩3180.217000后排桩1418.20.226400连梁6190.2413000

2 实验分析

采用本文所提分析方法对上海市某项目的3A期工程的基坑展开实验分析,分别从排桩的排距和刚度两个角度分析基坑双排桩对建筑抗震性的影响。

2.1 实验设置

(2)跟踪、追究不严格。高校审计处根据审计结果出具审计报告,对内部控制设计和执行情况有针对性地提出改善对策和建议,并要求整改。但是内部审计部门出具完审计报告后,跟踪及追究力度不够,加之相关部门对审计结果疏于重视,未能及时堵住漏洞,导致风险依旧存在,严重影响了内部控制实施的有效性。

2.2 实验结果分析

2.2.1 双排桩排距对建筑抗震性的影响

为验证基坑双排桩的排距对建筑抗震性的影响,设置排距为3 m、5 m、7 m及9 m,并对其实施相关运算,将获取的数据制成折线图与表格(图2、表2)。图2对基坑排距与稳定安全系数关系进行了描述,表2介绍了不同排距塑性区变形分析结果。

其中:临界状态下的黏聚力可表示成内摩擦角可表示成

图2 排距与稳定安全系数关系 Fig.2 Relationship between the row spacing and the stability safety factor

表2 不同排距塑性区变形分析结果 Table 2 Analysis results of plastic zone deformation with different row spacing

方案排距/m塑性区贯通位置(相对后排桩)破坏模式13后2.1m顶部拉裂25后0.7m内部剪切37后1.0m内部剪切49桩间顶部拉裂

图3、图4对不同排距情况下前后排桩水平位移、桩后土压力进行了详细的描述。

2)土地资源承载力指数。为了揭示区域现实人口数量与土地资源承载力的关系,本文构建土地资源承载力指数来表征区域实际人口与理论人口承载力的相互关系[20-21],计算公式为

图3 不同排距前后排桩水平位移 Fig.3 Horizontal displacement of the front and rear piles with different row spacing

图4 不同排距前后排桩桩后土压力 Fig.4 Soil pressure behind the front and rear piles with different row spacing

式(2)中,采用一致的折减比例对cmφm实施折减,那么将F描述成式(3):

2.2.2 双排桩刚度对建筑抗震性的影响

为验证基坑双排桩的刚度对建筑抗震性的影响,设置刚度为0.5EI、1.0EI、4.0EI及10.0EI,并实施相关运算,将获取的数据制成折线图与表格(图5、表3)。图5对基坑刚度与稳定安全系数关系进行了描述,表3介绍了不同刚度塑性区变形分析结果。

图5 刚度与稳定安全系数关系 Fig.5 Relation between stiffness and stability safety factor

表3 不同刚度塑性区变形分析结果 Table 3 Deformation analysis results of plastic zone with different stiffness

方案双排桩刚度EI塑性区贯通位置(相对后排桩)破坏模式10.5后2.0m顶部拉裂21后0.78m内部剪切34后0.5m内部剪切410后0.47m内部剪切

分析图5、表3能够看出,当排桩刚度是0.5EI时,安全系数最小;当排桩刚度是10.0EI时,安全系数达到最大值,且处于不增加不减少的情况,初步断定排桩的刚度越大,基坑的稳定性越强。分析表3能够看出,在排桩刚度是0.5EI的情况下,后排桩对于塑性区贯通长度较大,仅能产生微弱的支护作用,导致土体顶部拉裂直至损坏;在排桩刚度较大的情况下,双排桩附近的土体先屈服于双排桩,后排桩对于塑性区贯通长度慢慢变小,直至位于双排桩中间部位,形成内部剪切。由于基坑稳定性越强建筑的抗震性越好,因此得出,当双排桩刚度较大时,能够获取最好的建筑抗震性,且随着刚度的增大,建筑抗震性不会无限度增加,处于不变状态。

该工程项目的基坑东面地表用杂填土进行覆盖;中间层部分用黏土以及含卵石黏土进行覆盖,其存在土质厚重、膨胀的特点,且与水混合后膨胀度降低;下层部分用全风化泥岩以及强风化泥岩进行填充。基于该基坑东面是城市道路,难以实施放坡操作,所以该工程将双排桩用于基坑支护。前排桩、后排桩、连梁共同构成了双排桩,5 m是该基坑的前后排桩排距,3 m是前后排桩之间的长度。前后排桩的详细参数如下:桩长平均值是20 m、横截面的直径均值是1 m,连梁截面的大小是1 m×1 m,将C30混凝土作为排桩的材质。

图6、图7对不同刚度情况下前后排桩水平位移、桩后土压力进行了详细的描述。

分析图6能够看出,随着排桩刚度的增大,双排桩变形的状况越来越不明显,当排桩刚度增加到一定程度时,双排桩的水平位移无明显下降的趋势。分析图7能够看出,随着排桩刚度数值的上涨,双排桩承受土压力的能力也逐步加大,但增加到一定数值时其能力趋于不变状态,不再增加。由于双排桩承受土压力的能力越好,基坑的稳定性就越大,建筑的抗震性越好,则此时能够获取最佳的建筑抗震性。实验结果表明,双排桩的刚度越大,建筑抗震性越好,且随着刚度的增加建筑抗震性能趋于平稳。

图6 不同刚度前后排桩水平位移 Fig.6 Horizontal displacement of the front and rear piles under different stiffness

图7 不同刚度前后排桩桩后土压力 Fig.7 Soil pressure behind the front and rear piles under different stiffness

3 结论

本文通过有限元强度折减法以及ABAQUS有限元软件,对基坑排桩对建筑抗震性的影响进行分析,得出当基坑排桩排距过大或过小时建筑抗震性越差;当基坑排桩排距进行适当取值时建筑抗震性越好;双排桩的刚度越大,建筑抗震性越好,且随着刚度的增加建筑抗震性能趋于平稳。本文方法获取的建筑抗震性分析结果可为建筑工程提供可靠的施工依据,使得基坑双排桩的研究具有实际应用价值。

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莫斯科大学A.布坚科教授撰写了若干篇专门分析阻碍机制问题的文章,他对产生阻碍机制的原因作了深刻分析。在他看来,阻碍机制这个术语虽在苏联是不久前才出现的,但这种现象本身却早已存在。阻碍机制是由那些不能使社会主义可能性得到充分发挥并束缚其优越性被顺利利用的经济、政治和意识形态的方式和现象,以及管理杠杆和体制组成的。

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基于有限元强度折减法计算公式获取基坑土层计算参数[12],为有限元模型的构建提供了有利的数据依据。

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YU Haibo,WANG Hongyu,WANG Weidong,et al.Numerical Simulation on Deformation of Excavation Pit Supported by Row Piles and Soil Nailing[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute,2017,34(3):96-99.

从图4可看出,萃取相比对铷、钾的萃取率有显著的影响,随着萃取相比的增大,铷、钾的萃取率都是逐渐增加。当萃取相比VO/VA>3时,铷的萃取率增加趋缓;而此时,钾的萃取率有较大的增长趋势。当萃取相比VO/VA>4时,钾的萃取率增加趋势变得平缓。铷钾分离系数随着萃取相比的增加逐渐减小,当萃取相比VO/VA>3时,铷钾分离系数降低明显。当萃取相比VO/VA=3时,有机相有较高的萃铷能力,且钾的萃取率较低,铷钾分离系数较大。因此,选择萃取相比为VO/VA=3。

大数据背景下,企业的地理位置之间的竞争优势逐渐降低,上级政府部门也逐渐取消了很多的保护政策,这给我国企业的发展带来了巨大的挑战。企业在管理的过程中,最基本的就是要实现对数据的合理分析,并为之所用,以此来实现企业数据信息的有效对接。大数据背景下,积极地创新优化企业管理模式,不仅能够有效地降低企业管理成本,而且还能够在很大程度上促进企业竞争力的提升。

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1.2.4 调查项目 冬小麦生育期调查,包括出苗、返青、抽穗、成熟期;农艺性状调查,包括基本苗、茎分蘖、穗数、株高等;产量性状调查,包括穗长、穗粒数、粒重等。干物质测定:选取不同生育时期植株样品经烘箱烘干至恒重后测定干物质。每次每处理选取10株,去掉根,按叶、茎、穗进行分样,105℃杀青、80℃烘干至恒重。产量测定:人工收割、脱粒、称重,测定含水率,按照籽粒含水量13%折算产量。

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构建和谐企业的主要内容有三个方面:一是企业内部的和谐;二是企业与外部利益相关者的和谐;三是企业与外部环境的和谐。

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其中:土体供应的黏聚力用c表示;内摩擦角用φ表示;将土体黏聚力与内摩擦角根据折减系数Fs实施折减获取cmφm

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随着储能技术发展和投资成本降低,分布式储能的应用十分广泛[2]。国家鼓励在用户侧建设分布式储能系统,支持用户侧建设一定规模的电储能实施参与调频、调峰等辅助服务。当期,我国还没有出台与储能相关的政策体系和价格机制,储能行业财政补贴有关政策、办法目前还比较少[3]。用户侧储能的经济效益取决于电力市场分时电价政策,以及用户使用储能所需实现的具体功能。用户侧分布式储能项目主要包括工商业削峰填谷及需求侧响应,分布式储能项目可实现削峰填谷、减少电费、消纳清洁能源、提高供电可靠性、避免电力增容等重要作用。国内已有的分布式储能项目多以示范应用为主,面临技术选择、性能需求、投资成本及安全性等问题[4]。

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近年来,我国结直肠癌临床发生率正逐年上升,发病群体以年龄60岁以上的老年人为主,具备较高的临床患病率,对老年人的生活质量以及身心健康均造成严重影响[1-2]。结直肠癌患者初期主要症状有便血、腹痛、大便颜色改变等,该病中晚期突出症状有排便频率增加、排便不尽等。目前,我国临床主要以手术切除治疗结直肠癌,其中最为常见的就是根治术,可分为腹腔镜和开腹两种手术方式完成治疗。腹腔镜属于微创手术,术后恢复快,风险性低,但目前临床治疗缺乏对该技术的熟练操作,而临床治疗对开腹手术的操作技术更熟练[3-5]。本院对腹腔镜手术与开腹手术治疗结直肠癌的远期疗效情况进行详细分析,报道如下:

ZHOU Yong,WEI Songqi,ZHU Yanpeng,et ai.Influence of Excavation of Deep Foundation Pit for Subway Station in Lanzhou Area on Adjacent Underground Pipeline[J].Journal of Lanzhou University of Technology,2015,41(6):120-125.

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监测对象为所有处于产茶阶段的茶园种植区和茶农散种区。茶园种植区定义为集中连片面积150亩以上的图斑,茶农散种区定义为集中连片面积1.5亩以上图斑,图斑勾绘边界几何精度为 1m。

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(6)在数组W=[we,r]w×r中,改变调度过程中工序在机床上的加工顺序,以生成工序在机床上的加工顺序相邻解。

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1.4.9 分类数据集生成 将以上根据MODIS数据提取的分类特征:植被指数、积雪指数、湿度指数、水体指数、纹理特征、昼夜地表温度与SRTM3地形数据提取的地形参数:高程、坡度、表面曲率,对以上分类特征进行配准、叠加、裁切,最后得到多层分类数据集。再对多层分类数据集和整理后的土壤矢量数据进行叠加,为数据分析提供基础。

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从6个版本“平行四边形”的螺旋式组织来看,螺旋式在避免知识的跳跃杂乱、进行知识点的螺旋组合时,不仅要考虑知识与学生认知发展的适应性,还要从保持知识间的逻辑联系与渗透数学思想,使学生能从高观点认识数学知识的角度考虑.

侯文萃,陈能远,高洁
《地震工程学报》 2018年第02期
《地震工程学报》2018年第02期文献

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