建筑机械开挖沟槽的稳定性研究

作者：房明^*

来源：硕士, 中国海洋大学, 2007-06-30.

• 建筑机械
• 开挖
• 沟槽
• 稳定性
• 离心模型试验
• 上限解

近年来,随着我国城市基础设施的不断完善与建设、旧城改造和住宅小区的持续开发,给排水、供热、供气、电缆及输油等市政管线工程日益增多。与此同时,随着建筑机械在我国土木建筑工程施工中的不断应用,在市政管线的沟槽开挖工程中,挖掘机的应用越来越普遍。挖掘机在开挖沟槽过程中,由于沟槽壁坍塌、挖掘机倾倒,造成人员伤亡和经济损失的事故时有发生。如何预防此类施工坍塌事故是亟待研究的课题。本文讨论挖掘机等建筑机械在开挖沟槽过程中对沟槽稳定性的影响。首先,根据挖掘机荷载的特点将挖掘机荷载简化为条形荷载。通过在离心场中模拟沟槽开挖过程的模型试验,讨论了地基条件、挖掘机荷载条件(荷载大小、挖掘机荷载与槽壁的距离及偏心距)等因素对开挖深度及槽壁破坏机理和形态的影响。其次,基于离心模型试验结果,建立沟槽槽壁的许可破坏模式及速度场,利用极限分析上限理论求解开挖深度上限解。根据槽壁的破坏特点对开挖深度上限解表达式进行简化,并利用离心模型试验结果对开挖深度简化式进行了验证。最后,利用沟槽坍塌时滑动土体的宽度表达式得到了挖掘机荷载影响区划分图,从而直观地给出了挖掘机荷载的影响区和非影响区。当挖掘机荷载作用在非影响区时,挖掘机荷载对开挖深度不产生影响,则此情况下的开挖深度等于无挖掘机荷载作用时的开挖深度,可利用开挖深度简化式求得此情况下的开挖深度;当挖掘机荷载作用在影响区时,挖掘机荷载对开挖深度产生影响,可利用开挖深度简化式计算开挖深度与无挖掘机荷载时的开挖深度之比。另外,对开挖深度简化式讨论的结果表明,偏心距对开挖深度的影响程度因挖掘机的接触压力大小不同而不同,即挖掘机接触压力越大,偏心距对开挖深度的影响也越大。