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交界面损伤下土岩地层吊脚墙基坑变形失稳特征研究

土岩二元结构地层,深大基坑,交界面损伤,吊脚墙支护结构,变形失稳特征

土岩基坑指在深度上跨越土层和岩层两种地层的基坑工程。随着基坑深度的不断增大，这种类型的基坑数量不断增长。土岩基坑的变形规律相比土质基坑更加复杂，主要体现在：（1）变形失稳演化规律受土层和岩层性质、交界面深度与产状等多个因素共同影响；（2）土岩基坑的支护结构设计需考虑地层性质的差异，拥有比土质基坑更多样的支护体系，带来更加复杂的变形与破坏特征。

有学者开展了土岩交界面深度、倾角等对开挖稳定性影响的研究，取得了一些规律性的结论。事实上，作为土层和岩层间的过渡带，土岩交界面扮演了荷载与变形传递的重要角色，从而影响基坑变形。当前，在边坡工程领域已经对土岩交界面的剪切力学行为、渗流侵蚀特性等开展了一定的试验和理论研究。然而，在土岩基坑领域，交界面的剪切力学作用尚未得到普遍的认可。基坑的开挖伴随显著的卸荷作用，需在考虑交界面真实剪切力学行为基础上，进行土岩基坑变形和稳定性的分析。尤其地，在土岩地层基坑工程的数值仿真中，通常不考虑相邻地层间的接触关系，默认地层间不发生相对错动，也无荷载传递，事实上，上覆土层和下卧岩层间性质差异悬殊，不考虑层间接触可能导致计算结果的错误。此外，接触面的强度和变形参数一般随数值计算不发生改变。而对于土岩地层，接触面发生相对滑动后，力学参数必然降低，需要在土岩交界面的接触关系中进行反映。

此外，缘于土岩地层特殊的地质构造，常采用吊脚墙的支护形式对土岩基坑进行支护。相比于传统嵌固于基底的围护结构，这种结构可显著节约施工成本与工期。以往的工程实中，吊脚墙底部需要保留岩肩，并结合预应力锚索进行锁脚，岩肩和预应力锚索起到了控制吊脚墙底部侧向变形的作用（图1（a））。受施工场地条件的限制，同时为了缩减岩肩施工的时间，避免由于岩肩施工质量的参差带来锁脚效果的打折，研究团队创新性地提出了一种取消岩肩，调整内支撑架设位置的新型无岩肩吊脚墙支护结构体系（图1（b）），并在工程中取得了成功应用。然而，该新型支护结构的应用尚属首次，缺少对其支护下基坑变形与失稳特征的理论研究作为支撑，出于安全考虑，其设计方案偏于保守，造成大量支护材料的浪费，与现阶段基坑工程绿色建造理念背道而驰。



（a）传统带岩肩吊脚墙                                   （b）新型无岩肩吊脚墙

图1 土岩基坑无岩肩吊脚墙支护形式

因此，针对上述问题，开展了交界面损伤下土岩地层吊脚墙基坑变形失稳特征研究，通过室内剪切试验研究土岩交界面的剪切力学行为与剪切破坏特征，提出基于统计损伤理论的剪切损伤本构模型，开发交界面动态滑移数值程序，进一步探讨考虑交界面损伤的无岩肩吊脚墙支护下土岩基坑变形失稳特征，总结典型失稳破坏模式，为土岩基坑稳定性研究提供理论与方法支撑，推动无岩肩吊脚墙支护体系的实践与推广。