软黏土基坑开挖诱发邻近桥梁桩基的时变响应

利用PLAXIS 3D软件和软土蠕变模型，建立某市政道路下穿市域铁路桥梁基坑工程的三维数值模型，通过与实测数据的对比验证模型的合理性. 将软土蠕变模型退化为软土模型，考虑桩顶约束条件，对比分析桥梁群桩的时效水平响应. 结合两阶段法，将数值计算得到的土体自由场时变沉降作为“外荷载”作用于桩基，利用考虑桩土往返剪切的荷载传递方法，计算桩身自重、桩顶荷载和后续近接工程基坑开挖作用下桩基的竖向力学响应. 结果表明：1）土体蠕变对邻近桥梁群桩变形、内力的影响较大，甚至不亚于墙体瞬时变形的影响；2）桥梁群桩桩身的变形、内力与离开坑壁的距离呈负相关，并表现出群桩的遮帘作用，桩顶的变形、内力则由桩顶约束条件决定；3）对于桩顶承受荷载不大以及后续受近接工程基坑开挖扰动不大的深厚软弱地层中的桥桩桩基，在以桩顶变形为控制目标时，存在合理桩径和合理桩长.     

基坑开挖卸荷影响深度分析

目前在基坑设计与计算中,大多只是凭借经验来选取卸荷影响深度.该文通过大量的卸荷应力路径试验,模拟了基坑开挖时坑底被动区土体的受力过程,分析了竖向卸荷条件下土体竖向变形及侧应力的变化.通过对坑底被动区土体回弹应变和侧应力随卸荷比变化规律的研究,得出了基坑开挖工程中卸荷影响深度的估算方法,其结果对基坑工程设计具有一定的参考价值.     

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.     

基坑开挖对坑内工程桩影响的实测及有限元分析

基坑开挖对坑内工程桩的影响越来越受到工程界的重视.对天津站地下换乘中心盖挖逆作法基坑工程开挖过程中支承于桩基上的钢管柱的竖向位移进行了实测,在此基础上进行了有限元分析.实测结果及有限元分析表明：基坑开挖可导致工程桩产生较大隆起,截至底板浇筑完毕本工程实测钢管柱顶最大值达到33,mm,钢管柱之间及钢管柱与地下连续墙之间产生了可观的差异竖向变形.随着盖挖逆作法基坑分层降水、分层开挖及分层施做地下结构,钢管柱的竖向位移呈波动式发展.坑底以下土体的隆起除在引起桩发生较大的竖向位移外,在桩身还可引起一定的拉力.不同位置处工程桩对应桩身拉应力和侧阻分布相差较大,基坑边部桩受地连墙变形影响较大.在桩顶作用有较大荷载的情况下,基坑开挖后,桩身中下部仍会产生较大的拉力,在设计时须加以考虑.     

堆载及基坑开挖作用下被动桩水平受力及变形响应

为了研究被动桩在堆载及基坑开挖卸荷作用下的水平受力及变形规律,基于三参数地基模型,提出一种被动桩受力变形响应数值计算方法.首先,基于布西奈斯克解及明德林解析解,利用复合辛普森公式进行数值积分,求解得到堆载及开挖卸荷条件下被动桩处的水平附加应力.然后,采用Kerr地基模型,建立被动桩的挠曲微分方程,并利用有限差分法得到桩体挠曲微分方程矩阵表达式.计算结果表明:坑底卸荷引起的桩体水平附加应力约为侧壁卸荷作用下桩体水平附加应力的1/3,坑底卸荷对被动桩的影响不可忽略;堆载大小对桩体水平位移的影响略大于堆载区域尺寸,应避免集中堆载;基坑开挖深度对桩体水平位移的影响远大于基坑开挖面尺寸,开挖过程中宜采用梯次开挖方式.     

基坑开挖引起的下卧隧道隆起变形及计算深度研究

目的基于弹性理论,采用二阶段法,研究基坑开挖对下卧隧道竖向隆起的影响.方法首先基于Boussinesq解与土体e-lgp模型、Mindlin解与土体e-lgp模型,采用分层总和法计算出隧道轴线处由于基坑土体开挖引起的土体位移,然后将土体位移作为被动荷载,作用于被动状态的弹性地基梁模型得到隧道竖向位移,结合4个实例确定合理的计算深度.结果基坑开挖引起的坑底土体隆起位移可以用高斯曲线来拟合;基于Boussinesq解的基坑隆起位移,计算深度宜取隧道轴线以下,基坑开挖深度的0.89倍;基于Mindlin解的基坑隆起位移,计算深度宜取隧道轴线以下,基坑开挖深度的0.72倍.结论基于弹性理论,采用二阶段法计算基坑开挖引起的下卧隧道隆起变形是合理的,基于Mindlin解的计算结果更符合隧道隆起的规律.     

复合土钉支护的软土基坑开挖有限元模拟分析

基于平面应变假设,采用自行编制的有限元程序建立数值计算模型,考察某复合土钉支护工程下的软土基坑开挖变形性状及土钉的受力情况.结果表明,深搅桩-土钉/锚杆支护软土基坑中,锚杆张拉力的作用对基坑水平位移及受力影响较大;复合土钉支护结构并无特别针对坑底土体隆起的加固措施,须采用考虑时空效应的分层分块的开挖模式,以确保坑底隆起...     

非均质地基中隧道开挖对被动单桩受力特性的影响

基于剪切位移法和Winkler模型采用两阶段分析方法探讨非均质地基中隧道开挖对被动单桩受力特性的影响。首先根据Loganathan修正的解析式估算隧道周边土体的竖向位移并将位移模式作用于桩身,然后建立被动单桩的竖向位移微分方程,采用有限差分法得出隧道开挖引起的单桩沉降与受力的解析解,最后讨论了隧道埋深和直径、桩基与隧道中线水平距离、平均地层损失比、单桩直径和刚度等参数变化对被动单桩受力特性的影响。结果表明,被动单桩的竖向位移、桩身轴力及桩周摩阻力随隧道埋深的增加均呈先增大后减小的趋势;地层损失比及隧道开挖断面尺寸对桩基竖向受力特性的影响很大,而单桩混凝土强度等级对其影响较小;桩径和桩身刚度增加到一定程度后,被动单桩的竖向受力特性趋于稳定。     

软土地基基坑开挖对临近桩变形影响的时效分析

为解决软土地基基坑开挖条件下,邻近桩基水平位移随时间逐渐发展的问题,结合两阶段分析方法,第一阶段引入三维分数阶Merchant黏弹性模型来描述软土的蠕变特性,采用对应性原理和Laplace积分变换方法,求得附加应力的Mindlin时域解;第二阶段将桩基看作Pasternak地基上的Timoshenko梁,将所得附加应力加载在桩基上,建立桩基的变形微分方程,利用有限差分法对方程进行求解,得到考虑桩基剪切效应及桩土剪切层厚度的桩基水平位移时域解. 通过与已有文献中的算例进行对比,验证了该方法的正确性. 最后,对三维分数阶Merchant黏弹性模型参数（剪切模量、体积模量、黏滞系数、分数阶）进行了影响因素分析. 结果表明,所得方法能够较好地反映基坑开挖引起邻近桩基水平位移随时间的发展规律.     

基坑卸荷回弹变形计算的一种简化分析法

为了有效地计算基坑坑底隆起变形,以基坑坑底所在的平面为基准参考面,把开挖隆起变形看作是坑底土体在上覆土重作用下固结稳定后的卸荷回弹过程,结合土力学中求解地基附加应力的Boussinesq解和“角点法”分析的叠加原理,并考虑残余应力的影响,建立了坑底以下任一深度处土体的卸荷应力和残余应力表达式。同时基于基础沉降计算分层总和法的思路推导了坑底土体回弹量的简化计算公式,从而可用土体的压缩性指标来确定其回弹变形。通过工程实例的对比分析,该简化公式是合理的,且在一定程度上反应了基坑开挖的空间效应。     

考虑时间影响的桩锚支护深基坑流固耦合分析

以深圳地区某桩锚支护深基坑为依托,基于有限元软件PLAXIS的土体硬化(hardening soil,HS)模型对深基坑降水开挖过程进行数值计算,得出降水开挖过程中变形随时间变化的规律,并在考虑时间变化的前提下,分析了考虑流固耦合与不考虑流固耦合深基坑变形和支护结构内力计算结果.研究结果表明:①桩体水平位移和坑外地表沉降在开挖后设置的固结期产生了回弹现象,而固结期后的坑底隆起量相对于开挖后有所增长;②考虑流固耦合与未考虑流固耦合时相比,最终桩体水平位移和坑外地表沉降都明显增大,坑底隆起明显减小,降水对桩体竖向位移和对坑底土体变形有类似的影响规律,并且桩体对坑底隆起具有限制作用;③坑底以上的桩身弯矩,考虑流固耦合时更大,而坑底以下部分恰好相反;另外,考虑流固耦合时的最终轴力小于不考虑流固耦合时的最终轴力.     

强蠕变软土条件下地铁基坑的施工变形特性分析

以宁波市地铁1号线东环南路站基坑工程为研究对象,分析了基坑工程围护结构变形和外围地表沉降的变化规律.结果表明,基坑开挖对围护结构变形及外围土体沉降的影响具有明显的时间效应,施工过程中应严格控制深层土体的开挖时间,并需要及时架设支撑及浇注混凝土底板.同时,结合有限元数值计算和位移转化系数的方法推算了考虑软土强蠕变性的基坑变形长时位移,所得结果与其监测结果相吻合,从而验证了所采用的监测方法的可行性.
     

土岩组合地层深基坑桩撑体系变形及受力分析

以青岛地铁1号线胜利桥站施工为工程依托,对土岩组合复杂地质条件下深基坑开挖过程中围护结构桩撑体系的变形及受力特性进行研究,采用现场监测数据分析和有限元软件建模分析方法,研究上软下硬地层条件下基坑开挖土体受力及变形分布规律和基坑围护结构变形规律及受力机理.得出的结论:①桩体位移峰值位置随开挖过程不断下移,且围护桩桩体变形随着开挖进程由向坑内前倾逐渐变为")"形曲线变化;②当围护桩单独受力时,围护桩产生明显的嵌固段,桩身在嵌固段与土体交界处产一段2～3m的应力集中区域;③剪应力值不断增大,坑内土体形成塑性区,土体位移场的分布规律与圆弧滑裂面十分相似;④支撑为基坑围护结构的主要受力构件,当前一道支撑受力时,每次的位移增量逐渐减小,第四道支撑起作用时,位移增量仅为第三道支撑时的10％,说明桩撑体系协同作用对土体变形具有较强的控制作用.     

天津市某医院深基坑工程变形特性及预测研究

依托天津地区软土大背景下的深基坑工程,对天津市某医院大尺度深基坑开挖施工过程中的现场观测数据进行理论分析,并利用FLAC~(3D)软件建立3D基坑模型并对基坑开挖支护全过程进行动态模拟,将软件计算结果与基坑现场监测数据进行对比。对比结果表明:模拟所得数值与现场观测数据规律较为贴切,随着基坑开挖进一步进行,外侧土体位移量逐步增加,当基坑开挖全部完成时,土体出现最大沉降量,桩顶水平位移与深层水平位移均满足监控测量标准的要求,说明所选取的支护结构等措施可以较好地控制基坑围护结构的变形并提出预测最大侧向位移的公式为后续类似工程提供一定的参考依据。     

深厚软土区基坑悬浮式水泥土框架支护结构设计

以某深厚软土地区基坑支护为例,设计悬浮于软土中的水泥土框架作为基坑支护结构,兼顾解决软土基底的施工困难。在选择挡墙宽度、嵌固深度、坑内加固土体厚度等设计参数作为因素进行正交试验的基础上,完成基坑设计参数优选,可为类似基坑设计提供有益的参考。在深厚软土地区基坑支护工程中,利用坑底加固土与基坑侧壁重力式挡墙组合形成"悬浮"于软土层中的水泥土框架支护结构,能够有效控制基坑变形,保障施工过程中的基坑稳定。引入正交试验表安排基坑设计试算方案,可有效减少试算次数,提高基坑设计的效率。通过对试验结果进行方差分析可知,在深厚软土地区"悬浮式"水泥土框架支护结构中,坑底土体加固厚度对控制基坑的变形发挥极其重要的作用;其对墙顶水平位移、墙顶竖向位移和坑底隆起的贡献均超过80%。     

考虑地层蠕变效应的桥梁桩基施工对邻近运营地铁隧道的影响

为研究桥梁桩基施工引起地层蠕变行为对邻近地铁隧道安全运营的影响,依托实体工程,采用卸荷条件下黏土蠕变特性试验确定了隧道周围土体的蠕变模型,通过数值模拟手段(FLAC3D软件)与现场监测相结合的方法,分析了桩基开挖期间地铁隧道的竖向位移、水平位移和应力分布状态。结果表明：广义Kelvin本构模型能够较为准确的描述黏土体开挖卸荷时的蠕变效应;桩基开挖后,邻近地铁隧道衬砌位移不断增大,随后进入稳定状态;随着桩基开挖数量的增加,地铁隧道竖向位移和水平位移总体表现为下沉和向外收敛趋势;桩-隧最小净距越小,桩基施工对隧道影响越大,采用隧道双侧布桩的施工方式,能够有效降低桩基开挖时隧道拱腰的累计水平位移,有利于地铁隧道的安全稳定运营。     

深基坑开挖引起邻近地下管线位移的两阶段法

针对深基坑开挖引起的周围地下管线位移,基于两阶段法,首先给出了基坑开挖引起的周围自由土体位移的计算方法,然后结合Winkler弹性地基梁模型,建立了受土体卸载附加变形影响的地下管线竖向和水平方向位移方程,通过有限差分法求解出地下管线位移。将此方法应用于工程实例,其理论计算结果与现场实测数据基本吻合,验证了两阶段法的合理性及适用性。本方法可用于分析管线埋深、管线距离、地基土性质等因素对管线变形的影响。     

竖井工法开挖深基坑对下卧既有隧道上浮变形的控制

基坑开挖卸荷将改变地应力平衡状态,位于基坑正下方的地铁隧道将随基底一定深度范围内土层回弹而发生上浮变形。本文结合深圳地铁11号线正上方某采用竖井工法开挖的基坑工程为例,通过建立三维有限元模型分析下卧地铁隧道随竖井开挖过程的变形规律及竖井工法保护机制。结果表明：基坑开挖对下卧地铁隧道竖向卸荷作用显著,采用竖井工法能有效减缓隧道上浮趋势,减小最终上浮量;隧道纵向变形呈双峰形态,纵向变形曲率半径未超过规定值;隧道横截面随开挖过程而发生两侧拱腰压缩、拱顶与拱底之间拉伸的变形趋势,附加弯矩随开挖卸载率增大而逐渐减小,最大附加弯矩位于拱顶附近;竖井工法能减小基底土层的扰动程度,有效抑制基底土体以及隧道围土塑性区发展深度和面积,从而有效控制下卧地铁隧道的隆起量。     

基坑开挖扰动变形特征及控制效果模拟分析

坑中坑的开挖对于基坑的稳定性有诸多方面的影响,内坑的开挖会造成土体回弹,引起基坑土体抗力的损失,降低基坑的整体稳定性。运用FLAC^3D对合肥恒大中心C地块坑中坑式基坑进行了开挖与支护模拟,计算采用摩尔-库伦本构模型,通过模拟计算得出了基坑应力、桩基应力、桩锚应力,验证了基坑中外坑和内坑最易失稳破坏区域,并对利用负泊松比(negative Poisson’s ratio, NPR)锚索对该类基坑进行加密支护的控制效果进行了评价。通过施加位移监测得到了不同开挖阶段基坑地表位移、坑中坑底部位移、以及坑中坑周围土体位移,确定了基坑极易发生破坏的区域以及滑动面位置,建立了坑中坑物理模型,并验证了数值模拟的正确性,研究结论可为类似工程条件基坑的开挖及加固提供理论支撑和实践基础。