深埋圆形地下结构土压力分布模式研究

由于圆形地下结构在受轴对称水土压力作用时能充分发挥混凝土材料的抗压性能，相对于常规的长条形或矩形地下结构可以更好的发挥结构环向拱作用，并充分利用地基土的拱效应，具有水平受力优、节省材料、变形小，稳定性高的优点。因此，深埋的圆形地下结构是目前地下空间开发中应用广泛的一种结构形式，但其土压力分布规律的研究远远滞后于实际工程的发展。经典土压力理论均建立在平面应变条件下，难以适用于轴对称的圆形地下结构土压力计算。以前由于实际工程中涉及深开挖的问题少，对深埋结构设计需求很少，相关的理论研究鲜见于公开的文献报导。随着地下空间开发规模不断扩大，工程中迫切需要对圆形地下结构土压力的分布规律进行系统研究。本项目采用颗粒流等理论分析方法，结合大量的模型试验及现场原位测试结果对理论研究结果进行验证，总结出复杂受荷情况下圆形挡墙土压力的分布规律，为地下空间开发中涉及的大量深埋圆形地下结构的设计与施工提供理论依据。

随着地下空间开发规模不断扩大，深埋圆形地下结构形式日益普遍。经典土压力理论均建立在平面应变条件下，难以适用于轴对称的圆形地下结构土压力计算。因此，工程中迫切需要对圆形地下结构土压力的分布规律进行系统研究。本项目采用理论分析和室内试验方法，结合现场原位测试结果，研究了复杂受荷情况下圆形挡墙土压力的分布规律。采用滑移线法求解了轴对称情况下极限平衡微分方程，导出了圆形结构土压力系数的解析解，分析了环向应力系数对土压力的影响。进一步将轴对称滑移线法拓展以考虑地面坡度、墙-土间摩擦和墙体倾角三者同时作用的一般情况，采用滑移线法和简化滑移线法分析非极限状态下圆形基坑土压力性状。采用离散元和有限元等数值方法，模拟得到了挡土墙土压力从静止土压力状态到主动土压力状态的发展过程以及极限状态下主动土压力的分布。结合室内模型实验及上海中心大厦主楼深基坑和上海世博地下变电站基坑工程，根据实测墙体位移、应力，与理论分析结果进行初步比较，验证理论分析方法和数值模拟结果的正确性。研究提出圆形基坑主动土压力的极限分析上限法，进一步发展了滑移线理论和土压力理论。相关研究成果发表SCI检索论文7篇、中文EI论文16篇，ISTP检索论文1篇，培养博士生1名，硕士生4名，研究成果用于指导上海中心大厦主楼和上海世博地下变电站两项深基坑工程的设计与施工。本项目研究得到了复杂受荷情况下圆形挡墙土压力的分布规律，为地下空间开发中涉及的大量深埋圆形地下结构的设计与施工提供理论依据。