岩土工程施工过程中体系演变问题的分析方法

岩土工程施工过程中体系演变问题的分析方法

万玲

浙江卓正景观工程有限公司浙江衢州324000

摘要：岩土工程专业是土木工程的分支，是运用工程地质学、土力学、岩石力学对各类工程中有关岩石、土地工程技术问题解决的科学。随着我国经济的发展，建筑施工成了市场经济中最重要的组成部分，岩土工程设计、施工项目形成了庞大的产业结构。受各种因素的影响，岩土工程在施工时会出现各种问题。需要对岩土工程过程中的体系演变问题进行分析。本文对岩土工程过程变体系问题进行分析，并对具体的工程实例进行分析。

关键词：岩土工程；施工过程；体系演变；分析方法

引言

岩土工程按工程建设阶段的工作内容可以分为岩土工程勘察、岩土工程治理、岩土工程检测、岩土工程设计、岩土工程监测。岩土工程里面有岩土开挖过程也有人工构筑物的建筑过程，如支护、筑坝、回填等过程，因此岩土工程的计算域的范围和内容都发生巨大的变化。同时岩土工程的荷载、边界条件也发生了许多变化，因此岩土工程在施工过程中就是一个变化的岩土结构体系，而岩土施工的过程就是岩土结构体系的不断演变过程。岩土工程涉及生物学、社会学、地质学等多种学科的许多科学知识。随着科学技术的进步，岩土工程的理论和技术都得到了较大的提高。在岩土施工过程中，存在着许多质量和安全的问题。因此需要对这些问题进行分析研究，以提高施工的效率。

一、岩土工程体系

岩土结构体系中包括岩土实体及与其有关的人工构筑物，这个体系中的任何一部分的变化都会对整个体系产生力学效应。这些变化包括体系边界条件的变化、岩土、结构材料性质的变化，如混凝土裂缝出现后的构件刚度下降，因为降雨、降水而使孔隙水压变化导致的岩土性质变化，结构与地层间的相互作用引起的非线性变化、蠕变导致的岩土性质的变化等；此外还有荷载的变化；人工构筑物的变化，如新的锚杆、支撑等结构的增加等等。这些变化产生的力学效率决定了岩土工程模拟的非线性性质。因此要对施工过程进行追踪，同时还要对每个施工阶段按增量的方式进行模拟分析和求解。

二、岩土工程施工过程存在的问题

在岩土工程中，岩土体经常会出现力学的形变、渗流及稳定的问题。因此在进行岩土工程施工的过程中，会因为出现问题而影响工程的质量和进程。在施工过程中，可能会由于地震以及地震对建筑物的地面产生影响和破坏，因此在进行岩土工程施工时，需要对区域性的地震效应产生的影响进行分析。在岩土工程施工中，一些特殊地区的基础工程中的岩土体会由于流水、风力的侵蚀而出现变形、迁移的问题。这些问题还有可能会引起沙尘暴、土壤沙漠化等一些环境问题，因此研究岩土工程施工过程中的问题是非常有必要的，通过研究可以有效预防对环境破坏，维护生态环境的安全。

三、岩土工程施工过程中变体系问题的分析

1、一般的增量法计算原理

设初始范围为Ω0的岩(土)体在经历n个施工阶段后的计算域为Ωn,位移、应变和应力状态分别为un,εn,σn等(n表示的是第n个工况),如果对这个工程进行下一组施工作业，就表示进入了n+1个，则这组作业完成后的计算域记作Ωn+1，把作用在这个计算域上的体力记作pn+1,面力边界Sn+1T上的面力为tn+1。计算域Ωn+1内部当前工况的初始应力是上一工况的应力Ωn+，这个应力与当前计算域上的外力并不相平衡。计算域Ωn+1会产生新的位移，一直平衡状态为止，从而可以得到另外一个新的平衡力场σn+1。假定计算域Ωn+1满足位移约束条件的虚位移，则可以按照具有初始应力的变形体的虚功原理。

虚位移是随意的，因此上述表达式对所有虚位移都适应，因此下列有限元法的平衡方程式。

设由第n工况到第n+1工况产生的位移、应变、应力增量分别为Δun+1,Δεn+1,Δσn+1,则有

通过合并最后可得

右端项可以看作是第第n+1个施工作业中,计算域的不平衡节点力。在结构理论中常被看作是平衡方程。在外力等效节点力与初始力等效节点力平衡时，变形体处于平衡的状态，这时体系就不再产生位移。如果二者不平衡，或者遇到外力做功的情况，变形体的变形就会进一步增加或者当初始内力作功时，变形的变化能就会释放，也就是物体之所以会发生变形主要是由当前外力和初始内力共同作用的结果。

2、岩土工程施工过程中的力学效应

用虚功原理导出的一般仅考虑了初始应力的状态的一般的增量法的计算原理。但是在岩土工程施工过程中，影响体系的力学效应因素很多，如材料的性质、荷载及边界的变化等等，因此在确定计算区域以及计算会变得非常复杂。岩土工程中的典型力学效应的方法中的影响因素很多，对影响因素进行讨论能够影响它对平衡方程的贡献。有时结构体系不变而荷载变化，有时荷载不变而结体系发生变化的情况，还有结构体系的刚度以及荷载都会发生变化的情况等。在实际岩土工程的施工过程中，随着施工的进展，体系本身的物质材料和刚度也会增加。

四、岩土工程施工体系演变问题的实例

在各种岩土工程中运用体系上述方法进行分析，如隧洞、锚碇及基坑中的一维、二维及三维问题进行分析，都可以获得满意的结果。如上海森茂国际大厦，是一家集购物、办公、餐饮、娱乐于一体的智能大厦，是由日本的JT联合设计组设计的，位于上海浦东新区陆家嘴金融贸易区，地上有46层，地下4层，基础采用的是钢管桩。在建设大厦的基础时，需要挖一个长大约90米，宽约为65米、深度为18—20米的基坑。在施工过程中为了减少工程费用，缩短建造工期，施工的方法采用的是半逆作法。地上部分采用的是立体交叉综合施工法进行的施工。森茂大厦是上海地区第一个采用半逆作法施工的工程。这种施工的方法主要是以建筑物的楼板来代替钢筋混凝土，在逆做期间，楼板用钢管桩来支撑。施式过程分为逆筑和顺筑两个阶段完成的。采用这样的施工方法不用支撑爆破和清理，可以有限缩短施工工期，同时还可以充分利用已施工的建筑空间。

基坑剖面图

在施工时，按上述计算原理编制了开挖程度，为了确定临时性的钢筋混凝是不是能够取消，运用墙体侧移对反分析土层的弹性模量值进行观测值分析，并对开挖的步墙体的弯踞值进行预报。然后根据预测结果确定能否取消，进而有缩短了工期，节省了工程造价。上海森茂大厦结构施工中，在质量、进步以及工程成本的控制和文明施工等各方面都取得了非常好的效果。有许多施工单位和建设单位纷纷前来参观，提高了企业的知名度，工程的施工安全和稳定，通常情况下是先用堵的方法，然后用水量抽取的方法来解决这个问题，这样才能降低基坑周边土体发生滑落的情况发生。深基坑边坡的处理是非常繁琐的一道工序，但是它在整个施工过程中又是必不可少的。为了能够挖掘出一个尺寸合适的深基坑，可以先用机械设备开挖一个尺寸比计划小的基坑，然后再利用人工来对它的边坡进行修整，这样既可以达到所需要的平整度，也可以挖掘出最准确的深基坑，减少差距的产生。

5、结束语

房建工程建设具有巨大的发展前景，深基坑施工作为工程中的必要工作，对其常用问题展开讨论具有重要意义。本文从房建工程的建设开始讨论，分析深基坑技术在施工过程中可能出现的问题并深入探究其造成的原因，进而就其施工技术要点加以分析讨论，以实现工程质量的要求提高施工单位的施工效率。

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