悬挂式深基坑地下连续墙支护数值模拟及工程优化

现场监测难以预测基坑和围护结构后期变形规律,为提前预判并规避基坑破坏风险,采用数值模拟方法预测基坑变形及围护结构工作状态。依托南京市和燕路过江通道八卦洲明挖段实际工程,针对悬挂式地下连续墙深基坑支护方式,动态模拟基坑开挖,研究地连墙墙体深层水平位移和墙体弯矩变化规律,对比监测数据验证模拟合理性。改变悬挂式地下连续墙厚度及埋深,发现地连墙厚度增大可减小深层水平位移,但对抗弯性能要求较大;增大墙体埋深可减小水平位移和墙体弯矩,但超过一定深度影响减小,通过寻求墙体厚度及埋深合理值,优化施工方案。     

基于正交试验的深基坑变形影响因素及特征机理研究

运用正交试验原理,以深基坑的地连墙的插入比、地连墙刚度、内撑横间距、一次开挖深度为因素,把深基坑开挖后地表最大沉降、坑底最大隆起以及地连墙最大水平位移作为分析基坑变形的三个指标,利用数值模拟方法对太原地铁车站深基坑的稳定性特征进行了分析。采用直观分析和多元回归分析的方法揭示了各因素在深基坑开挖变形过程中的影响机理及重要性次序。结果表明:在其他施工方式和支护参数保持不变的条件下,地表沉降、坑底隆起和墙体水平位移的最显著影响因素均为地连墙的插入比,地表沉降和坑底隆起的其他影响因素依次为内撑横间距、地连墙刚度、一次开挖深度。墙体位移的其他影响因素依次为内撑横间距、一次开挖深度以及地连墙刚度。采用多元回归方法得到了深基坑变形与各个因素之间的相关规律,并得出地连墙插入比的理想范围是0.7~0.8的结果。     

"两墙合一"条件下地铁车站深基坑变形特性

针对地铁车站深基坑施工主体回筑后受力变形特性与空间效应复杂的问题,综合采用模型试验和数值模拟方法,对土体沉降与支护体系变形特性进行分析,得到地连墙水平位移、周围地表沉降规律、沉降与位移之间的相互影响关系以及基坑的三维空间效应.研究结果表明:本文条件下地表沉降的主要影响范围为0.5He～1.5He(He为基坑深度);最大地表沉降与地连墙最大水平位移的比值为1.0～1.6,地表沉降随地连墙水平位移的增大呈非线性增大,最大地表沉降、地连墙最大水平位移与开挖深度具有线性关系;基坑边角效应对地表沉降的影响大于对基坑水平位移的影响,基坑水平位移的空间效应相比地表沉降大约滞后0.5He的距离.     

基坑开挖对临近明挖暗埋隧道竖向变形的影响机理

结合上海地区某邻近明挖暗埋隧道基坑工程案例,采用数值方法模拟了深基坑开挖的过程,并通过与实测数据进行对比验证了模型的合理性.针对隧道与基坑之间的连接墙进行对比分析,揭示了连接墙所起的作用.通过分析相邻地连墙竖向位移以及其两侧土体位移,得出地连墙与隧道之间以及墙土之间的相互影响规律.根据地连墙墙体轴力分布,研究墙体在开挖过程中的受力形态,揭示临近基坑开挖对地下结构(明挖暗埋隧道)的影响机理.结果表明,对于明挖隧道与基坑共墙的情况,隧道的隆起主要由地连墙以及连接墙的共同影响所致.明挖隧道受到基坑地连墙变形的影响明显大于受周围土体位移的影响.地连墙发生竖向隆起的原因为坑内土体提供的摩擦力大于坑外土体提供的摩擦力.     

江水位及插入比对临江超大基坑变形的影响

为研究江水位变动对临江超大基坑产生的不利影响,以杭州市秦望地下综合体超大基坑工程为研究背景,基于小应变土体硬化本构模型和霍克-布朗岩石本构模型,采用数值建模软件PLAXIS建立了数值模型,通过与工程实测结果对比,验证了数值模拟的准确性.基于上述计算模型,分析了不同施工阶段基坑变形规律,研究了江水位变动、不同地连墙插入比条件下临江超大基坑变形规律.研究结果表明：地连墙插入比对地连墙侧移变形影响显著,但对坑外地表沉降影响较弱,当地连墙插入比为1.6～2.0时,可同时对二者产生较好的控制效果;随着江水位升高,地连墙侧移和地表沉降均逐渐增大,悬挂式止水帷幕条件下,江水位变动对地连墙侧移值与地表沉降值的影响更为显著.     

地连墙插入比对深基坑稳定性影响的数值模拟研究

在施工方法和支护参数一定的条件下,只改变地连墙的插入比,运用FLAC3D数值模拟软件,以地表沉降、地连墙水平位移以及坑底隆起为指标,对太原市地铁2号线中心街西站基坑的稳定性进行了分析。结果表明,地连墙插入比的改变对地表沉降、坑底隆起以及地连墙的最大水平位移均有一定的影响;随着插入比的增大,地表沉降值和地连墙水平位移量降低,坑底隆起量增加;当地连墙插入比设置为0.7~0.8时,地表沉降减小显著,坑底隆起改变较小,地连墙的水平位移明显减小,基坑稳定性良好。研究结论可为黏土及粉土地区深基坑工程地连墙插入比提供依据。     

软土区某地铁深基坑施工过程数值模拟及现场监测

为研究软土区地铁深基坑围护结构变形及周边土体位移特性,运用ABAQUS软件对软土区某地铁深基坑施工过程进行建模分析和安全监测,并将计算结果与实测数据进行对比分析.结果表明:采用摩尔库伦模型模拟基坑施工过程得到的地连墙水平位移结果准确,墙体最大水平位移的平均计算误差为实测值的15%,周边土体沉降计算值与实测值相比偏小;开挖最后一层土体且开挖面附近无支撑作用时,墙体水平变形明显增大,长边中点断面及端部断面变形增量分别为9.1和10.5 mm,安全监测应以开挖面附近地连墙水平位移变化速率为控制指标;狭长型深基坑长边中点断面及端部断面地连墙变形差异较大,应针对不同位置分别制定变形监测预警值;支撑轴力在开挖下一层土体时会出现较大突变,设计应充分考虑该突变对支撑安全储备的影响,监测应重点关注突变前后支撑轴力的变化.     

基于改进KNN与基坑参数对地连墙变形预测研究

搜集了苏州轨道交通建设中70个地铁深基坑的设计与监测数据,并通过相关性分析研究长宽比、开挖深度、宽深比、插入比、横撑竖向间距、横撑道数、地连墙厚度和施工方法 8个输入参数间,以及与地连墙变形间的相关性强弱关系.对比分析了BP神经网络(BPNN)、K近邻(KNN)及支撑向量机(SVM)等算法在苏州地区基坑地连墙变形预测中的适用性.最后采用Spearman相关系数对KNN中的欧式距离进行优化,建立了SpearmanKNN地铁深基坑地连墙变形的预测模型,并与传统KNN进行对比.结果表明:提出的预测模型预测精度提高了8.3%,且与现场实测值的误差在20%以内.研究结果为苏州地铁基坑地连墙的变形预测提供了新的思路和探索.     

基坑开挖对T型地下连续墙水平位移的影响

T型地下连续墙是一种新型自立式基坑支护结构,结合新沟河延伸拓竣工程,通过数值模拟和现场监测,分析了基坑开挖对T型地下连续墙侧向变形的影响,将数值分析结果与规范方法计算结果、现场开挖实测数据进行对比分析,研究了T型地下连续墙在基坑开挖至稳定期间墙体水平位移变化规律,验证了T型地下连续墙用于该工程中的合理性。结果表明,相比传统悬臂式地连墙,具有增加墙头抗弯刚度,减小墙顶位移的优点,有利于保证基坑工程的安全与稳定。     

地连墙兼作水池壁板的接头质量控制参数及厚度优化研究

地下连续墙兼作永久性建筑既增加施工期安全性又具有很好的经济性,成为研究热点.针对白沙门污水处理厂采用的连续墙兼作永久性水池壁板的实际工程,采用弹塑性理论和三维数值模拟技术,以接头段拉应变为安全控制参数,对施工期和运营期的地连墙水平位移和接头变形规律进行了分析,提出采用接头等效弹性模量临界弱化系数ξ作为接头施工质量控制参数,并建立了地连墙设计厚度优化方法,获得本工程地连墙最优设计厚度800 mm.研究结果为实际工程的建设提供了参考,对地下连续墙厚度优化研究具有重要的指导意义.     

内支撑基坑群开挖相互影响的三维数值分析

通过Z-Soil岩土三维分析软件,以小应变硬化土(hardening soil model with small strain stiffness,HSS)模型为基础,建立地连墙与内支撑联合支护的群体基坑开挖的三维数值模型.对基坑土体的的竖向位移以及地连墙的变形和受力进行了分析,讨论了基坑间距的影响.分析结果表明:临坑的开挖使紧邻的坑间土堤沉降增加约1倍,使群坑周边沉降增加约10%;先开挖的基坑支护结构受力、变形增大,后续开挖的基坑的地连墙顶会向先开挖基坑方向产生整体侧移,基坑间距越近,影响越明显.     

堆载作用对临近隧道深基坑开挖的影响

运用Midas GTS有限元模拟软件,对某临近地铁隧道深基坑工程施工过程进行模拟分析。考虑到实际施工过程中可能产生的坑边堆载作用,模拟分析了堆载作用对深基坑开挖中围护体与临近隧道的变形与内力的影响,结果表明:随着坑边堆载的增加,地连墙的水平位移与弯矩都在增加,堆载为40 kN/m时,地连墙最大水平变形会比无堆载时多8. 56%,地连墙最大弯矩会比无堆载时多4. 05%;随着坑边堆载的增加,隧道上部土体会抑制隧道向基坑方向的变形,造成隧道的水平变形略有降低,竖向变形加大,隧道总变形表现为略有降低。研究结果可为相关工程提供参考。     

高架桥下基坑开挖次序对桥墩变形的影响分析

以某市双地道基坑开挖对既有高架桥桥墩变形影响为研究背景,重点研究在轻轨高架桥正常运营情况下利用数值模拟对不同施工方案造成高架桥桥墩位移变形以及在实际施工过程中收集桥墩变形数据总结相关规律。运用MIDAS-GTS建立三维整体计算模型来模拟地道基坑施工开挖次序,进而动态预测基坑支护结构及高架桥桥墩的位移变形状态,分析了双地道开挖在两种不同施工方案下的数据,得出更有利于施工安全建设的方案。计算结果表明:地道基坑开挖高架桥桥墩水平位移最大值为-3.68 mm,竖向位移最大值为2.14 mm;地道基坑支护结构水平位移最大值为11.89 mm。数值模拟结果与主要监测数据对比分析表明,地道基坑开挖在各个阶段对高架桥桥墩的变形影响均在规范限值以内并与实际监测数据走向基本一致。研究结果表明:该项目数值模拟施工过程中优先施工距桥墩较远的基坑对桥墩产生的扰动较小;较好的体现实际施工过程中桥墩的变形趋势以及变形程度;基坑施工至承台位置时对桥墩变形增量达到最大。     

天津地铁6号线车站深基坑开挖下围护结构及墙后地表变形特性分析

依托天津地铁6号线金钟街站深基坑工程,采用FLAC3D对基坑开挖及支护全过程进行数值模拟,并对其关键影响因素及墙后地表和地连墙变形的相关性进行系统分析.研究结果表明:随着基坑开挖深度的增加,开挖深度对变形的影响增大,地连墙最大侧移位置不断下移,地表最大沉降点位置逐渐远离基坑边缘;地连墙侧移、地表沉降随基坑长宽比的增加有增大的趋势,但最终数值趋于平缓;基坑插入比对基坑变形控制作用较小,而地连墙厚度对基坑变形控制作用明显;随着支撑刚度的增加,地连墙侧移、墙后地表沉降呈现减小的趋势,但支撑刚度过大不会达到预想的控制变形的效果.最终得到墙后地表最大沉降与墙体最大侧移的比值为1.15,但墙后地表沉降包络面积与墙体侧移包络面积的比值为1.82.     

地连墙成槽施工对周边环境的影响及控制

以苏州地铁5号线某车站地下连续墙施工为研究背景,采取了增加导墙刚度、选择合适成槽机械、合理划分槽段、间隔施工地连墙槽段及控制泥浆参数等控制措施,并对槽长、土体摩擦角、泥浆液面高差等影响地连墙槽壁稳定性的因素进行了分析.采用现场监测的方式对土体水平位移、地表沉降、建筑沉降与建筑倾斜进行监测,研究地连墙施工过程中的地层稳定和变形规律,结合研究结果对工程中的地层变形控制措施进行评价.研究结果表明:浅层土体受到扰动较大,土体变形明显,最大土体水平位移发生在地表;深层土体受到扰动较小,土体变形随着深度的增加而减少;现场采取的地层控制措施所产生的土体变形均在控制范围内.     

软土基坑SMW工法墙墙顶位移与嵌固比关系模拟试验研究

基于相似理论设计了SMW工法支护的软土深基坑支护开挖试验模型,由模型试验测得了各级开挖稳定后的SMW工法墙墙顶位移;在模型试验基础上,采用大型非线性有限元软件ABAQUS建立了特征墙段的三维有限元数值分析模型,由数值分析也获得了各级开挖工况下墙顶位移.比较了基坑模型试验及其数值模拟分析结果,并采用指数模型拟合了SMW工法墙墙顶位移与嵌固比关系曲线.结果表明:采用指数模型拟合SMW工法墙墙顶位移与嵌固比关系可取得良好的拟合效果.工程施工中,可采用指数模型预测预报SMW工法墙随基坑开挖产生的墙顶水平位移.施工过程中,加强墙顶位移监测,绘制墙顶位移与嵌固比关系曲线,将预测位移值与实测值进行分析对比,可以了解支护结构实际所处的工作状态及变形阶段,从而可以预防工程事故发生.     

某国际贸易大厦基坑支护数值分析

根据某国际贸易大厦基坑开挖现场的实际情况及其施工过程,采用有限元程序ABAQUS,建立基坑支护三维数值分析模型,通过改变支撑、地下室的楼板和预加应力的大小,考虑不同基坑支护形式,分析了5种工况条件下基坑坑底回弹隆起情况,并与实测结果进行对比,验证所建数值分析模型的合理性.研究表明:支撑对基坑坑底回弹隆起的影响主要集中在地连墙附近,并随基坑宽度增大而增大;基坑中部位置坑底回弹隆起变形最终收敛;基坑形状的不对称对于小矩形基坑的影响较大,对大矩形基坑的影响较小,基坑坑底回弹隆起呈对称形状;地连墙的变形越大,墙后土体变形越大,其坑底回弹隆起量越小.     

先盾后井半盖挖基坑施工过程三维数值分析

为研究先盾后井与半盖挖法相结合的特殊基坑施工方法下关键结构的稳定性及变形特征,结合先盾后井半盖挖基坑工程实例,建立了三维有限元数值计算模型,对盖板和盾构管片的变形特征、盖板下内支撑内力变化的影响因素以及基坑施工对盾构管片的影响等进行了分析,并与实际监测数据进行了对比。结果表明:半盖挖基坑盖板的最大变形出现在盖板纵向中线附近,明挖侧变形量明显大于暗挖侧;盖板下内支撑内力的变化主要受支撑两端竖向位移变化的影响;半盖挖法与明挖法相比对管片的变形影响较小,灌沙回填对于抑制盾构管片的隆起变形作用明显;数值计算结果与实际监测数据吻合度较好,研究所得结论可为类似工程的设计及施工提供借鉴。     

基于正交试验的围护结构变形影响因素

深基坑开挖可能引起围护结构与周围土体的变形,而这些变形对各种影响因素具有不同的敏感程度.以上海长江西路越江隧道新建工程为例,根据实际土层分布建立了里程NK0+534.100处基坑体系横截面的几何模型,使用有限元分析软件ABAQUS进行了基坑开挖过程的数值模拟,分析了基坑施工过程中地下连续墙水平位移随深度的变化特征,对比研究了现场监测数据与数值模拟结果.选取地下连续墙厚度、窄基坑开挖深度、窄基坑开挖宽度3个影响因素,并对每个因素取3个水平,使用正交试验和正交表L9(34)实现了9种不同情况的数值模拟试验,并基于这些因素对地下连续墙水平位移的影响进行极差分析和方差分析.结果表明:数值模拟结果与现场监测数据吻合程度较好;对地下连续墙水平位移影响程度由大到小的因素依次为地下连续墙厚度、窄基坑开挖深度、窄基坑开挖宽度;地下连续墙厚度-地下连续墙的水平位移呈负相关,窄基坑开挖宽度、深度-地下连续墙水平位移呈正相关.研究成果对基坑施工过程中围护结构的变形分析具有一定的参考价值.     

超高层建筑施工扣件式钢管脚手架连墙件布置

目的研究风荷载作用下当连墙件数量一定时,连墙件的最佳布置方式,为超高层建筑施工脚手架连墙件合理设计提供依据.方法依据风荷载作用计算公式,利用大型通用有限元分析软件ANSYS对整个架体进行受力分析,对杆件与杆件连接的扣件节点采用半刚性连接的分析方法,对比分析连墙件矩形和菱形两种布置方式对架体系统杆件的受力和节点变形影响.结果从有限元的分析中得出相应不同连墙件布置方案情况下的架体杆件的内力分布以及节点位移云图,并对比分析得出矩形布置的大横杆内力最大相差到2371N,明显大于菱形布置,节点位移也同样分布比矩形布置更零散.结论风荷载作用下,连墙件的菱形布置比矩形布置的架体各杆件受力和变形更加均匀合理,在脚手架的设计中应该优先考虑.