承压水地层管廊基坑开挖变形特征及抗突涌稳定性分析

文章依托济南新东站开源路富水地层管廊基坑工程，分析了影响基坑开挖变形的关键因素，提出了基坑周边土体变形破坏影响因素的敏感性评价指标，建立了基坑底板抗突涌稳定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系数较大，隔水层临界厚度较小，与现场情况更加吻合。     

基坑降水开挖对坑底不同深度土体影响的试验研究

软土地区基坑施工通常采用分层降水与开挖,基坑降水开挖应力路径对坑底土体的变形及力学特性产生影响,且坑底不同深度土体所受影响不同。采用SLB—1型应力应变控制式三轴剪切渗透仪模拟基坑分层降水与开挖应力路径对坑底以下不同深度土体进行研究;并在应力路径试验之后进行不排水剪切试验。试验结果表明:基坑降水开挖对土体的影响随土体深度的增加而减小,研究针对的工程案例条件下基坑开挖的影响深度约为坑深2.2倍。对于降水路径,第一个降水步产生沉降随着土体深度的增加而减小,表明随深度增加变形模量逐渐增大;变形模量的增大可能与基坑降水引起的欠固结效应有关。对于开挖路径,总回弹值随着土体深度的增加而减小,表明随深度增加变形模量逐渐增大;随着基坑开挖的进行土体变形模量不断减小;变形模量的变化可能与基坑开挖引起的超固结效应有关。超固结比对变形模量具有一定影响,开挖路径土体变形模量E与1/(OCR-1)之间近似呈线性关系。同时,不排水剪切试验得到的应力-应变关系曲线呈现应变软化特性,也体现了基坑开挖过程中的超固结效应。基于基坑降水开挖对不同深度土体产生的不同效应,在研究基坑土体变形时,需要考虑坑底以下不同深度土体力学性质的差异及其对变形的影响。     

基于离心试验的承压水基坑变形稳定影响因素

针对上海地铁M8线黄兴路车站深基坑,采用离心模型试验研究第⑥硬土隔水层缺失与否、基坑开挖深度和承压水头高度等因素对承压水基坑变形稳定的影响.试验研究结果显示:(1)不论存在或缺失第⑥隔水层,基坑最大变形均随着开挖深度和承压水头的增加呈非线性增大,开挖深度影响最大的是坑周地面沉降和连续墙墙脚位移,承压水头影响最大的是连续墙墙脚位移和坑底隆起变形.(2)不论存在或缺失第⑥隔水层,开挖深度对基坑变形影响的敏感性比承压水头大.(3)基坑开挖深度较小、承压水头较低时,第⑥隔水层缺失与存在相比,基坑最大变形差异较小;随着开挖深度和承压水头的增大,两者变形的差异越来越大,缺失第⑥隔水层不利于基坑稳定.     

考虑抗剪强度、渗流作用的基坑抗突涌公式分析

传统的基坑抗突涌验算有一定的局限性,验算的偏保守带来了设计的不合理。作者从基坑坑底土体自身的抗剪力、基坑坑底土体渗流特征出发,推导出了新的基坑抗突涌验算公式。并考虑了基坑坑底土体自身的特征,从基坑坑底土体有无吸附能力方面,深入讨论了吸附作用对基坑坑底土体有效浮重度、有效渗透力的影响。考虑到基坑坑底土体应视作弱透水层,为了工程的安全,取用了k= k₂=1。最后通过实例证明,新的抗突涌验算公式比传统的土压力平衡法符合实际情况。     

承压水基坑离心模型试验与现场实测分析

采用分析控制方程法推导了承压水基坑渗流-应力耦合场离心试验的相似规律,得到离心试验的相似指标和相似系数;针对上海地铁M8线黄兴路车站深基坑,对承压水基坑变形稳定进行了离心试验;最后,将基坑变形的试验结果与现场实测结果进行了比较.结果表明:离心试验与现场实测的基坑变形规律基本一致,基坑变形值两者最大相差在50%以内;采用离心模型试验可有效地模拟承压水基坑降压开挖施工中地面和围护结构的位移响应,可为承压水基坑设计施工提供可靠的依据.     

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SMP准则的改进剑桥模型及其在基坑工程中应用

基坑开挖时坑底土体在卸荷作用下会处于三轴拉伸状态，剑桥模型采用的扩展von Mises准则将高估土体的三轴拉伸强度，因此利用变换应力法将剑桥模型从三轴试验的轴对称应力状态扩展至一般应力状态，改进后的剑桥模型采用SMP准则能较好地反映基坑工程中坑底土体在三轴拉伸状态下的强度和变形特性，预测的坑底隆起变形比较可靠。     

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。     

深基坑开挖中坑内降承压水的有限元模拟分析

考虑深基坑工程中坑内减压对基坑变形及稳定性等产生较大影响,本文选用适合基坑开挖的Hardening-Soil本构模型,结合某深基坑工程利用有限元法对承压层的不同处理方案进行对比计算.结果表明:在承压层未完全隔断的情况下,深基坑降承压水对基坑的稳定性及抗突涌都有利,但是增大了坑外地面沉降及地连墙底部位移.     

上海地区多含水层系统深部承压层降水诱发地层响应规律

软土地区多含水层系统承压层抽水存在越流现象，地下水渗流和区域地层变形响应规律复杂.基于某超深地下工程承压水抽水试验，采用数值方法研究软土地区多含水层系统第二、第三承压层降水的地质环境响应.建立了三维有限差分模型，考虑流固耦合效应和土体小应变刚度特性，模拟了不同埋深承压含水层抽水试验，对比分析各承压层抽水引起的承压水头降深和深层土体变形时空分布特性.结果表明，第二承压层水位降深较小，但引起的地表沉降更大；第二和第三承压层抽水引起降水层的压缩变形分别占地表沉降的56.18%和77.69%.主要原因为浅部土层压缩性高，相同降深条件下引起的土层竖向压缩量更大；且第二承压层与上部弱透水层的水力联系较强，越流作用明显，导致抽水引起的地下水水位降深在深度方向的影响范围更大.研究成果对后续超深基坑降水施工及环境变形控制具有重要的参考价值.     

盾构动态施工对邻近地下连续墙围护结构的影响研究

通过室内模型试验分析研究了城市中盾构隧道施工对邻近基坑围护结构的影响效应与影响规律。研究结果表明:盾构开挖面到达将诱发监测断面处,较大增幅地下连续墙墙身附加应变;而当开挖面超过监测断面约1.7D,地下连续墙墙身附加应变将趋于稳定;盾构动态穿越施工将导致邻近侧向地下连续墙角部墙身底部与中段墙身中部出现较为明显朝向隧道的弯曲变形。     

软弱地层深大基坑富水特性及组合支护控制

为研究深大基坑地层富水特性以及组合支护方案下基坑控制效果,以在建连云港—镇江高速铁路线淮安东站站前广场基坑为工程背景,开展含水层抽水试验,明确地层富水特性以及水力联系,为基坑施工提供依据；设计地连墙、TRD两种支护以及分层开挖方案,并开展了基坑控制效果现场监测分析。结果表明：(1)影响含水层渗透性因素较多,应采用多种方法比对分析,获取较为合理的水文参数；本工程含水层潜水静水位标高+6.60～+6.80m,第Ⅰ承压含水层静水位标高+3.73m~+3.75m,潜水和承压水之间有较厚的弱透水隔水层,两者之间没有明显的水力联系。(2)地连墙和TRD连接处深层水平位移最大,需要加强重点防控；地连墙侧位移分布近似均匀,TRD墙侧呈现上、中部大,下部小的“刀把”形,地连墙侧水平位移以及地表沉降控制效果均优于TRD墙侧。(3)桩顶和立柱隆沉具有明显的三阶段变化特征,支护方案对桩顶和立柱隆沉的影响差异较小；混凝土撑轴力和基坑外水位变化具有明显的四阶段变化特征；支护方案对第1道混凝土支撑即次支撑轴力的影响较大,最大轴力差异为18.8%；对第2道混凝土支撑即主支撑轴力的影响基本忽略,差异为0.7%。     

考虑筋土界面软化的三明治形加筋土挡墙地震响应分析

三明治形加筋土挡墙作为一种新型的加筋土结构具有黏土的廉价、取材较方便、砂土界面剪切强度较高等优点。基于室内大型直剪仪研究了地震荷载作用下砂土与格栅界面的动力特性,通过回归分析得到了加筋土挡墙中筋土界面剪切刚度在动荷载作用下呈现剪切软化的变化规律经验公式；然后编制fish语言将该公式导入FLAC_^3D软件中,建立了考虑筋土界面剪切刚度变化规律的三维计算模型。文中分析了加筋土挡墙的各种设计参数(挡墙的高度、筋材的长度、筋材的弹性模量、筋材的间距、面板的类型)对三明治形加筋土挡墙动力特性的影响。结果表明：加筋土挡墙的高度越高,面板的侧向位移越大；当峰值加速度为0.2g时,潜在破裂面交于墙顶接近0.36H,峰值加速度为0.4g时,潜在破裂面交于墙顶接近0.47H；筋材弹性模量的增大和筋材间距的减小能够增加挡墙的抗变形能力,且随着筋材长度的增加,面板最大水平位移逐渐减小；在两种峰值加速度下,模块式面板加筋土挡墙容易发生局部面板鼓胀破坏,而整体式面板加筋土挡墙容易发生整体倾倒破坏。     

软土中静压桩施工对紧邻地下连续墙围护结构的影响

基于3×3群桩,采用模型试验模拟静压桩施工,用有机玻璃棒和铝板模拟静压桩和地下连续墙围护结构,研究了软土中静压桩施工对紧邻地下连续墙围护结构的影响。结果表明,静压桩施工过程中,围护结构受静压桩挤土效应的影响逐渐增大。其中,随着围护结构平面尺寸的增大,其水平位移和坑底隆起变形也逐渐增大,而主动区土压力则逐渐减小;围护结构-桩区间距离越小,其水平位移、坑底隆起变形和土压力越大。研究结果对软土地区静压桩施工具有一定的指导意义和实用价值。     

考虑平动位移效应的黏性填土挡土墙土压力计算

针对平动位移模式下的刚性挡土墙墙后填土为黏性土的情况,研究了考虑平动位移效应的非极限状态土压力计算.对平动模式下未达到极限位移的挡土墙,结合前人提出的考虑位移效应时,墙后填土内摩擦角及墙土接触面上外摩擦角之间的关系,用水平层法分析了墙后土楔的受力情况,得到了考虑位移效应的非极限状态的黏性土主(被)动土压力计算公式,通过比较发现,理论公式与实验结果较吻合.     

信息识别技术在深基坑施工中的应用

深基坑工程中,地质条件和施工条件复杂,荷载难于确定,为此,基于时空效应理论中深基坑工程施工的现代设计理念,结合工程实例,采用信息钮识别技术对整个深基坑施工过程进行了实时监测,对地下连续墙墙体水平位移及地下连续墙墙体顶面的沉降或隆起进行了测试,并对墙体位移和内力进行及时预报。与传统反分析方法相比,该方法避免了对参数的敏度分析,概念直观,易于实现,同时把实时监测、参数识别、预测分析和动态控制有机地连接在一起,为深基坑工程信息化施工提供了依据,使施工始终处于可控制的理想状态,保证了整个深基坑工程的安全。     

地锚的设计计算与施工方法

在不具备放坡条件且地下水较高的深基坑中，地连墙锚杆外加地锚支护，具有极其复杂抗拔承载机理及极限抗拔承载力。锚杆挡墙中的地锚能提供足够的抗滑力，且能提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效地阻止坡体滑移，应用于深基坑、公路高边坡等工程。具体操作有：测量定位、成孔、投放地锚杆体、下瓜米石、注浆、锚头安装等步骤。     

沈阳东森深基坑工程三维有限元分析

沈阳东森商务广场深基坑工程位置毗邻沈阳市政府和市区主要交通干线,基坑平面形状复杂,开挖深度大。为了进一步研究沈阳地区深基坑开挖对土体变形和应力影响规律,控制基坑侧壁与支护结构变形,采用现场原位测试获得的土体参数,应用有限元软件ADINA建立三维模型,对施工过程进行了动态模拟分析。并对支护结构水平位移进行了现场监测,监测结果与数值模拟结果基本吻合,验证了模型的可行性和模拟结果的可靠性。分析结果表明,基坑侧壁的最大水平位移发生在顶部,坑底隆起值越靠近基坑中心越大,向坑壁方向逐渐减小。锚索轴向应力在锚固段顶点有应力集中现象,反映出锚固段的锚固效果较好。在坑底坡脚位置土体主应力集中,该区域为土体塑性破坏区,建议对该处进行加固处理。     

基坑抗隆起稳定性研究新进展

坑底隆起易造成基坑坍塌及邻近建(构)筑物不均匀沉降,是影响基坑安全的关键因素之一。针对近10年国内外基坑抗隆起稳定性研究进展,阐释了基坑宽度、土体各向异性及支挡结构嵌固深度等因素对坑底抗隆起稳定性影响规律,列举了近年来基于地基承载力模式及圆弧滑动模式的基坑抗隆起安全系数改进公式,对比了不同改进公式对应的破坏机制及适用范围。进一步介绍了可靠度分析方法在坑底隆起失效概率计算中的运用及失效概率影响因素。最后总结了圆形基坑及坑中坑式基坑坑底隆起破坏机制及抗隆起安全系数计算方法。得到以下结论:(1)基坑越窄、土体各向异性比越低及支挡结构嵌固段越深对基坑坑底抗隆起稳定性越有利,但当支挡结构位于均质土层且端部未嵌入较硬土层时无法体现此规律;(2)基坑坑底隆起的失效概率与岩土体材料及土体参数的空间变异性有关,与安全系数无直接联系;(3)由于尚未建立统一的计算模型,且如何考虑三维效应及拱效应也未明确,圆形基坑抗隆起稳定性分析至今未有统一定论;坑中坑式基坑内外坑间距决定抗隆起破坏机制,抗隆起安全系数应根据内部型及外部型两种不同破坏机制分别计算。