基于流固耦合效应的红砂岩地层深基坑围护结构变形特性分析

降水渗流引起的基坑变形问题十分复杂,采用流固耦合的数值方法,以兰州某地铁车站红砂岩深基坑为研究背景。对围护桩体水平位移、基坑内外土体竖向位移和水位变化进行现场监测,利用FLAC3D建立车站基坑降水开挖耦合模型,分析了围护结构的变形特性以及基坑内外土体竖向变形规律。结果表明围护桩体最大水平位移在0.5倍左右坑深处;基坑开挖对周围土体在0至2.5倍坑深范围内的沉降变形影响显著,最大沉降值发生在距离基坑边缘约0.55倍坑深;降水引起的基坑内外沉降随时间增加呈减小的趋势,降水与立柱桩联合作用使坑底隆起显著减小,基坑内外同时降水有利于解决红砂岩透水问题。考虑流固耦合的数值模拟与现场监测相结合预测兰州地区基坑变形更具科学性。     

考虑渗流应力耦合作用的深基坑开挖变形研究

基于土体渗流应力耦合效应及本构理论,针对某场地地下水埋深较浅、粉质黏土和粘土分布较厚的深基坑工程建立了相应开挖支护三维有限元模型.通过室内试验测定了基坑土体的修正剑桥本构关系参数并将修正剑桥本构关系应用于基坑开挖支护的数值模拟分析中.分别研究了基坑开挖过程中有无渗流-应力耦合效应的基坑整体变形、支护结构位移、坑外地表沉降及坑底回弹情况.研究结果表明:1含水粉质黏土和粘土采用修正剑桥本构关系较合适;2考虑渗流应力耦合作用时基坑支护结构水平位移、坑外地表沉降及坑底回弹量分别是未考虑渗流应力耦合作用时的0.57倍、0.07倍、0.59倍,基坑开挖变形应充分考虑渗流应力耦合作用;3坑底超前降水能显著减小坑底隆起.     

深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响

针对深基坑施工引起的环境变形问题,采用流固耦合数值方法,探讨了深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响规律.依托工程实例,采用基于Biot固结理论的流固耦合分析方法,通过力学和渗流交替迭代计算模拟开挖降水的耦合作用,并以实测数据验证该方法的合理性.建立三维数值分析模型,对比有无降水条件下基坑的墙体变形和地表沉降,获得深基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降曲线,并与相同水位变化下一维固结理论的计算结果对比,探讨两者间的差异及其产生机理.研究结果表明:深基坑降水对墙体变形影响较小,但会明显增大坑外地表总沉降量及其影响范围;基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度以外,与一维固结理论的计算结果相同;墙土共同作用是导致深基坑降水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度范围内波动的主要原因.     

基于监测数据对基坑工程变形规律分析

目的为解决基坑开挖时结构的安全与稳定问题,对基坑工程的变形进行分析,找出影响规律.方法以营口某深基坑工程实例为研究背景,整理现场得到的桩顶位移、地表沉降及深层土体水平位移等监测数据,对基坑工程的支护结构和周围土体及墙后土体在施工过程中产生的位移变化进行分析.结果支护结构相同的挡墙坑角处变形最小,中间位置变形最大,并且基坑变形随着开挖深度的增加而变大.开挖深度较大的软土地区基坑周边深层土体水平位移曲线类型大致表现为抛物线形,其最大水平位移大致为(2.0~10.0)×10-4hd,通常发生在基坑工程底部附近.结论深基坑工程的支护结构顶部水平位移与竖向位移变化趋势一致,表明二者的产生条件和影响因素大致相同.坑底部下面土体的水平位移对于坑底隆起有着直接影响,支护结构的强度越低,坑底部隆起的增强区域的范围也越大.     

兰州红砂岩地层地铁站深基坑变形规律分析

为研究高水位红砂岩地层基坑降水开挖引起的变形规律,以兰州东方红广场地铁车站深基坑工程为背景,对基坑降水开挖过程中桩体水平位移以及坑周地表沉降进行现场监测.采用有限差分软件Flac3D对基坑降水开挖过程中的位移进行模拟计算.监测结果表明:随着基坑开挖深度的增加,桩体最大水平位移的位置逐渐下移,最终靠近基坑底部,大约在坑底以上1～2 m;地表最大沉降值出现在距离基坑边5～7 m处,大约0.29～0.41倍的基坑开挖深度;桩间水土流失是造成地表沉降过大的主要原因.模拟结果与实测结果对比分析得出:地表沉降模拟值与监测值变化趋势基本一致;桩体在距地面小于12 m部分其水平位移模拟值与实测值非常接近,大于12 m部分实测值明显大于模拟值.     

深基坑土钉支护整体三维有限元分析

运用非线性有限元软件ADINA,建立了一个深基坑土钉支护结构整体三维有限元模型.研究了土钉的轴力、开挖面水平位移、坑后地面沉降、坑底隆起.结果表明:在纯土钉支护结构中,中部土钉受力最大,最大开挖面水平位移出现在开挖面顶部,坑后地表沉降曲线呈"勺子"形状,最大沉降值处距基坑边的距离约为1倍的开挖深度.     

相邻双基坑开挖相互影响二维性状分析

以某实际相邻双基坑工程为原型,利用PLAXIS建立相邻基坑开挖的二维模型,采用HS土体本构模型,分析相邻基坑同步开挖对土体位移、支护结构变形与内力的影响;考虑不同开挖工序和不同基坑间距,分析相邻基坑开挖的影响范围和基坑支护结构在不同开挖工序下的变形特征.对相邻基坑同步开挖下的支护结构位移进行了实测.结果表明,邻近基坑开挖卸荷对基坑间土体沉降、坑底隆起、坑外地表沉降、支护结构内力与变形等产生明显影响.相邻基坑间距、开挖顺序和支护方式是其主要影响因素.     

微型桩与复合土钉墙联合支护的施工力学行为

为进一步研究复杂环境下复合土钉墙的施工技术措施,以微型桩预应力锚杆复合土钉支护结构为研究对象,运用ABAQUS进行数值模拟,得出开挖过程中的侧向变形、坑底隆起和地表沉降曲线及土钉(锚杆)轴力图,并据此提出环境保护技术。分析结果表明:(1)随着开挖深度的增加,侧向位移向基坑内凸起,呈"鼓肚"形,最大位移出现在0.7倍开挖深度附近;(2)坑底隆起量由坡脚位置向基坑中部逐渐增加,中部隆起量最大,坡脚隆起量较小;(3)坑外地表沉降呈"勺"状,沉降的最大值发生在桩后1.4倍开挖深度附近;(4)微型桩的设置使得锚杆轴力降低幅度很大,最大值约62.16%;(5)"动态化设计"与"信息化施工"可以监测与指导复杂环境下复合土钉支护结构的设计和施工。     

地面超载对土钉墙工作性能影响的有限元分析

为了揭示土钉墙在地面超载作用下的受力和变形规律,采用有限元方法,建立了整体三维有限元模型,模拟了某深基坑土钉支护的施工过程,分析了地面超载对开挖面水平位移、坑后地面沉降、坑底隆起以及土钉轴力的影响.结果表明:随着地面超载的增加,开挖面的水平位移、坑后地面沉降均近似呈线性增加,地面超载对坑底隆起的影响较小,地面超载对上部各排土钉轴力的影响要大于下部各排.     

深基坑开挖及降水诱发邻近建筑物变形破坏机理及影响因素

为分析深基坑开挖及降水诱发地表不均匀沉降而引发邻近建筑变形、破坏机理,以广州某深基坑开挖—降水—开挖为例,从理论角度分析了同时考虑开挖和降水前后土体自重应力变化、渗流动水压力引起的有效应力变化以及止水帷幕对土体沉降约束作用时坑外土体沉降机理;借助三维渗流有限元模型分析土层-地下水-承台-桩相互平衡协调问题,探究建筑开裂...     

悬挂式止水帷幕深基坑分级降水开挖变形特性

在地下水丰富且发育有深厚的透水层的地区,考虑到施工难度以及经济性因素,深基坑的隔水设计往往采用悬挂式止水帷幕.基于佛山地铁某深基坑变形实测资料,采用ABAQUS建立三维流固耦合模型,考虑分级降水开挖的实际工况,研究开挖过程中悬挂式止水帷幕基坑的变形规律.结果 表明:地连墙变形在开挖的各个阶段均呈“中间变形量大,两侧变形量小”的鼓胀形.最大侧向位移点在开挖的各个阶段均位于开挖面附近,随开挖深度的增加呈下移趋势.地连墙墙顶位置容易朝着坑外发生变形.坑外地表沉降曲线呈“凹槽”形,随着开挖深度的增加,最大地表沉降点逐渐远离基坑.在基坑开挖过程中,软土层开挖扰动引起的地表沉降呈减小趋势,由坑内降水引起的地表沉降呈增加趋势,由降水引起的沉降可达总沉降量的一半以上.回灌前后坑外地表沉降分布规律基本一致,均呈“凹槽”形,采取回灌措施可在一定程度上控制悬挂式止水帷幕地表沉降变形.     

深基坑桩锚支护位移及内力数值模拟分析

利用FLAC3D数值模拟软件,按照实际施工工序模拟基坑开挖支护全过程,得到了桩锚支护结构以及基坑外土体沉降和基坑侧壁水平位移随基坑开挖的变形规律:随基坑开挖深度的增加,基坑外土体沉降逐渐增大,变化曲线呈"勺状"分布;基坑顶和基坑侧壁水平位移随开挖深度增加均逐渐增大且都在开挖至基坑底时位移最大;桩身弯矩最大值处基本出现在基坑开挖深度1.5 m以上的位置,最大负弯矩值为76.7;锚索轴力最大位置出现在锚索的端头处,且从端头位置向端尾位置逐渐减小,而第1排至第3排锚索最大值逐渐增大,说明支护结构中第2、3排锚索起主要作用,验证了深基坑桩锚支护的可行性。     

深基坑桩锚支护的数值模拟

对利用FLAC3D进行深基坑数值模拟时经常遇到的一个关键而又常被忽视的结构单元连接问题进行了详细探讨,阐述了结构单元的连接方法、种类与性质,利用结构单元连接理论对某一采用桩锚联合支护的深基坑开挖工程进行了模拟分析,研究了桩的最大水平位移、弯矩、内力以及锚杆轴力、附近建筑物基础底面沉降随施工过程的变化规律。指出桩的最大水平位移并不是发生在桩顶处,而是在基坑开挖到的位置附近;桩的弯矩在整个桩长范围内正负交替出现;桩的受力主要为压力,而且最大值也是出现在基坑开挖到的位置附近;锚杆轴力在端部最大,然后逐渐减小,在尾部几乎为零;附近建筑物基础在靠近基坑一端有被抬升的趋势,而另一端则有下降的趋势。     

承压水地层管廊基坑开挖变形特征及抗突涌稳定性分析

管廊穿越富水软弱地层时,对其安全建设产生了不容忽视的影响。为了研究富水地层管廊基坑开挖变形的稳定性,依托济南新东站开源路富水地层管廊基坑工程,分析影响基坑开挖变形的关键因素,提出基坑周边土体变形破坏影响因素的敏感性评价指标,建立基坑底板抗突涌稳定性系数及隔水层临界厚度公式。结果表明:随开挖深度和承压水头增加,水平位移具有分层现象,深层呈“月牙形”,最大变形位于基坑底部两侧下部,呈现向桩后和基坑中心靠拢趋势;地表沉降呈凹槽形,从基坑边向两侧呈先增大后减小趋势,而隆起变形越靠近基坑中心越大,施工中应注意基坑底部两侧向中间过度时出现的较大隆起值。基坑周围土体变形破坏影响因素指标敏感性大小依次为开挖深度、加固厚度和承压水头,施工时要适当采取降水措施,预留足够的隔水层厚度,加固坑底以增强其稳定性,更要适当控制基坑开挖深度;与传统法相比,考虑土体抗剪强度所计算的基坑抗突涌稳定性系数较大,隔水层临界厚度较小,与现场情况更加吻合。     

富水地层深基坑施工诱发邻近建筑物变形分析： 以济南地铁R2线烈士陵园站深基坑为例

针对城市地铁车站深基坑开挖对邻近建筑物的影响,尤其是富水地层,深基坑施工会诱发邻近建筑物产生较大变形,严重危及既有建筑物正常使用。依托济南轨道交通R2线烈士陵园站深基坑工程,基于现场实测结果分析了围护桩体水平位移、地表沉降和建筑物沉降规律,采用三维数值计算与现场监测数据相互印证,分析了深基坑施工对邻近建筑物变形的影响,并探讨了不同因素对邻近建筑物变形的影响。结果表明：建筑物沉降是由坑外地表变形所造成的,基坑开挖和降水造成坑外建筑物沉降大致相当;减小钢支撑间距,能够降低建筑物的沉降和倾斜,但不宜过密;止水帷幕能够起到有效控制建筑物沉降的效果,随着止水帷幕深度增加到一定程度,控制效果降低。     

斜撑支护体系在深厚淤泥区域基坑中的应用

采用有限元分析方法,对佛山市某基坑支护工程施工工况进行模拟,分析开挖过程地表沉降、桩体水平位移及斜撑轴力的变化过程,并与现场监测数据进行对比,为斜撑基坑支护体系在深厚淤泥区的初步设计提供参考。通过单因素分析法,对斜撑斜率与斜撑间距进行了敏感性分析。结果表明:在深厚淤泥区,斜撑对基坑地表沉降的影响范围较为深远;在斜撑的作用下,桩顶水平位移增量得到了有效控制;斜撑在支护体系中承受压力作用,本工程中斜撑轴力最大值出现在本支护段最左侧,斜撑轴力最小值本支护段中间部位;在斜撑倾角增大的情况下,斜撑下方土体因为其距斜撑支撑点的距离更近,坑底隆起曲线有了明显的下降趋势;斜撑间距变化对坑底隆起的影响不大,但斜撑轴力受其影响较为明显,且两者间呈等斜率线性增长趋势。     

软土地基基坑开挖对坑底桩受力与位移影响的时效分析

深基坑开挖卸荷会对坑底工程桩的桩身受力和位移特性产生影响,同时在实际工程中,软土在开挖情况下具有较为明显的蠕变效应,但较少有人研究蠕变对坑底工程桩桩土相互作用的影响。采用两阶段分析方法,第一阶段基于H-K三参量模型推导出Mindlin的时域解,提出了一种用于计算基坑开挖卸荷引起的坑底土体竖向附加应力的计算方法,并进一步解得坑底土体竖向位移场的时域解。第二阶段通过建立桩身控制方程,利用有限差分法得到开挖卸荷后考虑坑底土体蠕变变形的单桩非线性分析方法。研究结果表明,得到的时域解能够较好地反映软土基坑开挖条件下考虑土体蠕变变形时坑底单桩的桩身轴力和位移特性发展趋势,为相关工程提供参考。     

长江漫滩地区深大基坑开挖工程半逆作半顺作法研究

针对长江漫滩高承压水地基,以南京市某工字型地下6层地铁换乘站基坑为依托工程,采用FLAC3D三维有限差分软件,分别对半顺作半逆作开挖法和明挖顺作法进行数值模拟,分析了基坑开挖及降水的应力渗流耦合作用对周围地表沉降、连续墙侧移和支撑轴力的影响。结果表明:1)长江漫滩高承压水地基深基坑开挖工程,地表沉降值和连续墙变形值均较大;2)工字型深基坑开挖工程,地表沉降、连续墙侧移最大值出现在上下横边中点处;3)半顺作半逆作法的地表沉降、连续墙侧移、横向支撑轴力值均小于明挖顺作法,更有利于控制基坑侧壁变形,降低基坑开挖风险。