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地下开挖导致邻近建筑物的损害评价方法综述
摘要:近年来随着城市地下工程建设的迅猛发展,地下工程开挖导致的临近建(构)筑物变形、损害评价及其控制对策已成为当前地下岩土工程的研究热点。本文总结了自上世纪50年代以来的国、内外在该领域形和水平应变是两个合适的参数来评价建筑物的损害:地面沉降的高梯度使得L/H值小于或接近1,这样建筑物一般容易发生剪切变形;角变形容易定义,并可以与以前的资料进行对比。
Attewell报道了一则由排水隧道下穿厂房造成损害的工程实例,,厂房建于三十年代,砖填充钢框架结构。,墙高5m。产生的结构损害与结构单元和隧道的相对位置有关,观察到两种裂缝类型:一是受上凸和下凹弯曲作用产生的拉应变产生的裂缝;二是由于柱间的差异沉降导致的对角拉伸应变而产生的裂缝。作者通过调查还发现,结构的变形不仅与刚度有关。而且还与开裂强度有关。许多学者对不同结构形式建筑物的临界拉应变、临界拉应变与角变形的对应关系进行了研究。
Burland和Haneoek对伦敦临近的一深18m的地下停车库的建筑物的反应进行了研究,该停车库周围的建筑都是具有重要价值的历史建筑,包括:西斯敏教堂、国会大厦和大本钟。这些建筑的基础采用毛石混凝土或石灰浆砌筑的碎石形式,最大沉降是20mm,最大水平位移为12mm,受影响的地表范围大约是开挖深度的3倍。
Cording等人调查研究了华盛顿和纽约两地砖承重建筑物的损害与变形关系。对于墙体与开挖垂直的情况总结了裂缝和脱落发生部位的规律:一是倾斜裂缝和脱落广泛发生于窗口附近的灰缝处,这种破坏与剪切和拉伸变形有关;屋顶部位易出现竖向或接近竖向能贯穿砖和灰缝的裂缝,这种破坏与上凸弯曲有关;建筑物底部出现的竖向或接近竖向的裂缝,这种裂缝主要与土体的水平应变有关。
Bjemlm在skempton和MacDonald工作的基础上提出一张与角变形有关的损害标准。
Rankin提出了评价建筑物损害的坡度、沉降标准如表1所示,该标准可用于设计阶段考虑建筑物受地表自由位移时的损害程度评价。

2、基于深梁理论的分析模型

Burland和Wroth、Burland和Broms等人把限值拉应变的概念和弹性深梁理论相结合来研究建筑物变形和初始开裂的关系。把建筑物简化为弹性深梁可以较好地说明建筑物初始开裂的机理。他们研究了在给定临界拉应变时相对挠度和临界拉应变的关系,及E/G(纵向刚度和剪切刚度的比值)对这种关系的影响。深梁理论对于帮助我们理解发生初始开裂时的允许沉降值很有意义,但是,它并不能描述开裂后结构的反应,因而具有局限性。另外,由于在门窗洞口附近容易产生应变集中,这就会使深梁模型不能较好的代表实际情况。
Boscardin和Cording对上述深梁模型所得到的应变在考虑水平应变的基础上进行了改进:建立了限制拉应变与角变形、水平应变之间的关系,得到E/G==1的条件下的损害评价图。
Geddes指出Boseardin和Cording方法夸大了建筑物的水平应变,因为在建筑物与土间的界面上会产生剪切变形或者水平滑移,导致二者并不相等。
Burland采用挠曲率和水平应变来评价建筑物损害程度,该法基于E/G=2.