建（构）筑物掏土纠倾法极限状态分析与风险控制研究

The under-excavation method is most commonly used in the rectification of buildings at present. However, the leaning building designed by the plastic theory method doesn't restore in the engineering projects. The main reason is that yielding is different from failure. The formation of the plasticity around the under-excavation hole doesn't equal to the failure of the excavation hole. This means that the limit state of restoring of the building has not obtained. In this regards, the proposal focuses on the study of the limit state of restoration of the leaning building using under-excavation method. The failure modes of the excavation hole are studied by model experimental and numerical researches, and the corresponding failure criteria are established. Further, a soil-structure interaction building rectification model considering the random field is established, and the limit state of building rectification is studied. In this context, the design method for building rectification is put forward based on the limit state analysis. Finally, the analysis of dynamic steady tilting process is done, and the thresholds of some key factors such as rectification rate, tilting value, rectification direction are determined. The information of rectification is detected during the project implication. Thus, a pre-warning system is established based on the limit value and detecting data. Therefore, the active risk management for rectification projects is ensured.

建（构）筑物掏土纠倾法是纠倾工程中最常用的方法，而基于塑性区理论的纠倾设计方法，建（构）筑物并不发生回倾，根本原因在于屈服与破坏是两个不同的概念，掏土孔周边塑性区的形成并不意味着掏土孔的破坏，即建（构）筑物并没有达到回倾的极限状态。本项目在塑性区研究基础上，基于数值极限分析方法，建立建（构）筑物回倾的极限状态方程。通过模型试验研究与数值分析相结合，研究不同岩土特性情况下掏土孔的破坏机制，阐明掏土孔破坏机制，建立掏土孔破坏准则。在此基础上，考虑场地土随机特性，建立土结相互作用的建（构）筑物纠倾数值分析模型，研究建（构）筑物掏土纠倾法回倾的极限状态，建立基于极限状态的设计方法；进行建（构）筑物回倾动态稳定全过程分析，确定回倾速率、回倾量及回倾方向等纠倾过程中的关键因素的界限值，并对纠倾过程实时监测，构建预警系统，实现纠倾过程风险的主动控制。

建（构）筑物掏土纠倾法是纠倾工程中最常用的方法，而掏土纠倾法的孔间距一般基于经验确定，无精确设计方法。对建筑物进行了纠倾模型试验，发现孔侧土体应力大于孔顶及孔底，发生了应力转移，在掏土孔侧有明显的塑性条线出现，使得掏土孔破坏。对建筑物纠倾试验进行了有限元分析，对比了其试验结果发现二者比较接近。在单孔掏土孔塑性区半径研究基础上，针对多掏土孔情况下的塑性区半径进行研究，发现与单孔塑性区半径存在线性关系，比例系数为1.3；参数分析发现，在土体参数相同时，孔间距的标准值n与上部荷载的标准值p呈线性关系，这种关系曲线绘制出“p-n曲线”，根据“p-n曲线”并结合工程参数可以快速估计掏孔间距。通过建筑物沉降回倾曲线发现，存在一个极限状态点，因此基于数值极限分析方法，建立了基于土体极限应变的建（构）筑物回倾的极限状态设计方法，对掏土极限状态分析法进行了因素分析，得到土体粘聚力、内摩擦角随着极限应变值的增大而增大，且呈线性关系；土体弹性模量随着极限应变值的增大而减少且呈二次函数关系。对建筑物纠倾掏土孔在不同荷载、不同孔间距下进行分析，得到不同工况下破坏面的演化过程，得到粉土、黏土在不同荷载作用下，回倾极限状态与孔间距的规律关系，有助于在实际工程中最优孔间距的选取，从而缩短纠倾工程的工期。最后根据极限应变获得破坏面的方法，对某倾斜住宅楼下掏土地基区域进行不同孔间距的数值模拟分析，得到不同孔间距下掏土孔周土体破坏面的位置、形态以及演化过程，所得的孔间距范围与实际孔间距基本吻合。进行了建筑物顶升纠倾托换结构的试验研究，由于节点相对位移的存在，托换结构的承载力降低。建立了考虑托换结构与上部结构刚度比值的托换结构设计方法，托换结构与上部结构的刚度比值大约相等时，结构受力较小。通过对纠倾设计方法的研究，以及建（构）筑物回倾动态稳定全过程分析，对纠倾过程实时监测，实现纠倾过程风险的主动控制。