1.1.2　深基坑工程时空效应研究现状

深基坑本身是一个具有一定平面形状和深度的三维开挖空间，而其支护结构又是由挡土结构、坑内水平支撑（或坑外拉锚）、坑内立柱与立柱桩等构成的空间结构，基坑的平面形状、尺寸、开挖深度及开挖步骤等均对基坑的变形及其稳定性有较大影响，即表现为深基坑工程的空间效应。对于软土地区的深基坑工程，土体具有明显的流变特性，尤其是对于软黏土，具有较强的蠕变性，基坑支护结构和周围地层的变形会随时间延长而持续增加，即表现为深基坑工程的时间效应。国内外学者在深基坑工程的时空效应方面进行了很多研究。

Bgerrum指出由于室内土工试验的时间很短，无法来模拟时间效应，从而使得过去基坑稳定性评价分析中未考虑软黏土的应力、应变与时间效应的密切关系。Tait和Taylor在研究海湾黏土层的深基坑时，给出了围护墙体的水平位移随着开挖与支撑的逐步进行而增加的图表分析。另外，Clough和Davision在研究过程中发现基坑开挖长宽与宽度的比值和基坑稳定性密切相关。两者显示了时空效应对基坑变形与稳定的影响。

Mana和Clough采用平面有限元方法对基坑变形进行了分析。研究发现，在平面应变条件下，开挖宽度会对基坑变形产生明显影响，当基坑开挖宽度从0.8H（H为开挖深度）增加到3.2H时，基坑支护结构的变形增大1.6倍左右，同时坑边地面沉降增大约1.9倍。Wong和Broms采用二维有限元分析了土体强度、围护结构刚度、开挖深度、开挖宽度、插入深度等因素对围护结构侧向位移的影响，对于软弱土层中开挖的基坑，随着开挖宽度的增加，围护结构的侧向位移呈近似线性增大。

OuC.Y.采用三维有限元方法分析了矩形基坑的变形特性，对基坑变形的空间效应和拐角效应进行了研究。研究表明，随着基坑支护结构与拐角距离的增加，其变形逐渐增大，基坑长边的变形明显大于短边的变形，长边中点的变形最大。Lee等通过实际工程现场监测及三维有限元分析，验证了基坑变形的坑角效应的存在，影响坑角效应的主要因素有基坑长深比、支撑整体刚度和围护结构插入硬土层的深度。Finno和Blackburn采用基坑平面应变比（PSR）的概念，利用二维平面应变状态及三维模型的有限元对比分析，对基坑的坑角效应影响范围进行了研究，认为PSR值采用基坑长深比进行分析，相对于采用长宽比具有更好的收敛性。此外，通过对基坑的长度L、宽度B、深度He、支撑系统刚度EI/γh4和坑底抗隆起安全系数FSBH等影响因素的综合考虑，提出了PSR的经验公式。

蒋洪胜等通过对考虑时空效应的某车站深基坑开挖过程中支撑轴力及相应施工工况的跟踪记录，以及相关监测数据的整理分析，探讨了各道支撑轴力在不同开挖工况下的变化规律，以及支撑安设和预加轴力对墙体变形的影响，并且提出了考虑时空效应的围护结构支撑轴力方面的一些建议。黄院雄等通过对上海地铁车站深基坑工程实测土压力资料的整理分析，探讨了土压力的变化规律，并根据上海软土地区基坑围护设计的需要，给出了根据基坑保护等级与土性来确定主动土压力系数K的取值原则，对基坑工程的设计具有借鉴意义。刘建航等在总结20世纪40年代以来国际上有关深基坑开挖变形研究的基础上，结合上海地铁工程的实践，通过对大量基坑施工现场观测数据的统计、分析与推导，建立了考虑时空效应的计算理论和方法，并将时空效应规律运用到上海软土深基坑的设计与施工中，取得了明显的效果。

俞建霖等采用空间有限元分析方法研究了基坑开挖引起的围护结构位移土压力的空间分布效应及基坑几何尺寸对围护结构水平位移、土压力的影响，并与按平面问题计算的结果进行了对比分析。结合杭州某基坑工程实例，证明了基坑工程三维分析的必要性及计算模式的合理性。高文华等采用Mindlin厚板理论，建立了深基坑支护结构内力与变形时空效应的三维有限元分析模型。结合上海某地下连续墙深基坑工程，利用所编制的计算程序，分析探讨了支撑刚度、墙体刚度、支撑预加轴力、开挖深度、开挖宽度、地基流变等因素对深基坑支护结构内力与变形时空效应的影响，揭示了相应的规律性，可为深基坑设计及施工提供参考。刘国彬等通过对十几个大型工程现场实测数据的整理，并结合大量的程序反分析和实测被动区土压力反分析，研究了反映土体抵抗变形能力的综合参数——基坑被动区等效水平抗力系数Kh的变化规律，归纳出Kh分别与土体流变性、空间作用、强度参数、地基加固及开挖深度的关系，并建立了Kh的实用计算方法。

李俊才等根据南京某大厦深基坑工程在开挖过程中得到的现场监测数据，分析研究了在相同的土质与施工条件下，单层支点混合支护结构（桩）、悬臂支护结构（桩）、钻孔灌注桩连拱支护结构（桩）三种不同支护型式的侧向变形和地表变形的时空效应。贾坚应用刘建航等学者针对软土流变特性提出的时空效应原理与技术方法，结合近年来上海典型深基坑工程实例来探讨时空效应法开挖技术在软土基坑变形控制中的应用，通过大量工程实践证明，基坑工程时空效应法技术可解决软黏土地区复杂深基坑的变形控制问题，该项技术在我国沿海软土深基坑设计及施工中具有较广的应用前景。刘燕等针对软土基坑工程存在时空效应的特点，结合上海地铁6号线某明挖区间基坑工程实例，根据现场实测数据分析了基坑围护墙体的变形特征，并在此基础上引入时间、空间因素，采用考虑土体流变性的弹黏性有限元法对基坑变形进行了计算。经过和实测位移的比较分析，进一步证实了软土基坑设计中考虑时空效应原理的必要性。

谢秀栋针对软土的蠕变特性，在土的弹塑性模型的基础上，引入滞后塑性变形的时间概念，提出了土的弹黏塑性本构模型，并借助FLAC3D所提供的二次开发接口，实现该本构模型在FLAC3D中的开发。结合上海地铁车站深基坑工程实例，研究探讨了深基坑施工开挖过程中土体变形安全性状的时间特性。王桂平等在杆系有限元法的基础上，对土体的时空效应规律进行了综合考虑，提出了软土地区基坑支护结构内力与变形的工程实用计算方法。通过对上海某地铁车站深基坑工程的实例分析，证实了该方法的实用可靠性。刘爱华等基于时空效应理论，结合长沙地区某软土深基坑工程，提出了一种能有效控制深基坑变形的施工工艺与方法。工程实践表明，该方法能充分利用土体自身潜力来控制开挖引起的基坑位移，在软土地区深基坑施工过程中具有良好的应用效果。宁超结合昆明地铁1号线行政中心站深基坑工程实例，采用理论分析、现场监测与数值模拟相结合的方法，对深基坑开挖过程中的空间变形规律进行了研究，结果表明：围护结构的变形和支撑轴力的分布均呈现明显的空间效应，因而可适当减小坑角外围护结构和支撑的刚度来优化基坑支护设计；先撑后挖时基坑的变形远小于先挖后撑时基坑的变形，在基坑工程设计、施工时应特别重视。