分数阶黏弹性模型在饱和软土与单桩相互作用中的应用

引入基于分数阶导数的Merchant模型,以描述饱和软土的黏弹性特征,并通过积分变换推导出变换域内的应力-应变关系;根据弹性-黏弹性对应原理,得到横观各向同性分数阶黏弹性饱和软土地基的解答,并将其作为地基边界元解的核函数;基于轴向受力的2节点桩单元的单元刚度矩阵,构建单桩的有限元解;将地基的边界元解和桩的有限元解进行耦合,以求解地基与单桩的相互作用问题;随后,设计算例验证本文理论的正确性,并对分数阶次对桩-土相互作用的影响进行分析。     

基坑开挖对邻近单桩影响的改进计算方法

在城市建设中,紧邻建筑物桩基进行基坑施工会引起桩基产生附加变形和附加内力,进而会影响到上部建筑物的安全性与适用性.关于该问题的理论研究,目前广泛采用的弹性地基梁法将桩基视为Winkler地基或Pasternak地基中的Euler-Bernoulli梁,未考虑桩基的剪切效应及基坑开挖扰动引起的地基参数沿桩基竖向的不均匀性.文中将既有桩基视为Vlazov地基中的Timoshenko梁,考虑桩基剪切效应及地基参数沿桩基竖向不均匀分布的特性,建立了基坑开挖对邻近单桩力学行为影响分析的两阶段解析方法,与既有研究成果及现场监测数据进行了对比验证,结果表明:该计算方法能够对基坑开挖影响下邻近单桩的力学响应进行准确有效的分析.同时,从地基模型的选择和桩基剪切效应的影响两方面进行了讨论分析,分析表明:Vlazov地基模型参数确定更具理论依据且该模型更符合工程实际;随着桩径的增大桩基剪切效应对桩基内力的影响显著.     

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。     

考虑剪切变形下隧道开挖引起邻近桩基水平向响应简化分析

隧道开挖引起邻近桩基的变形影响理论研究都将桩基简化成Euler-Bernoulli梁搁置在传统的Winkler地基模型和Pasternak地基模型上,忽视了桩基变形时桩基自身剪切变形的影响。基于两阶段分析法,采用Loganathan公式计算隧道开挖引起邻近土体自由位移场,再将桩基简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁放置在Kerr地基模型上,建立桩基水平方向受力平衡方程,结合桩基两端约束条件,获得邻近桩基的水平位移及其内力半解析解。随后考虑群桩间土体遮拦效应,进一步获得隧道开挖对邻近群桩的变形影响。通过与工程实测数据及有限元模型计算结果对比,验证了本文方法的合理性。研究结果表明：邻近群桩水平位移及其弯矩随着地层损失率增大而线性增大;隧道埋深增大会引起邻近群桩水平位移减小,桩基弯矩峰值在隧道埋深较大时明显减小;桩隧间距增大会引起邻近群桩水平位移及其内力减小,其减小速率逐渐变缓。     

盾构掘进引起的邻近群桩水平位移解析研究

采用两阶段法获得盾构掘进引起的邻近群桩水平位移解析解.第一阶段采用LOGANATHAN公式计算得到盾构掘进对周边土体自由水平位移场的影响;第二阶段将桩基简化为放置在Vlasov地基模型上的Euler-Bernoulli梁,将土体水平自由位移场产生的附加应力转化为傅里叶级数荷载并代入Vlasov地基模型控制方程,进而获得...     

盾构开挖引起邻近桩基水平位移的简化计算方法

基于盾构开挖侧穿邻近桩基引起桩-土相互作用的实际工况,提出了一种可预测桩基水平变形的简化计算方法. 采用两阶段法获得盾构开挖引起邻近桩基水平位移简化计算方法,第一阶段采用Loganathan公式计算盾构开挖引起邻近桩基轴线处土体自由水平位移场;第二阶段把桩基简化成 Euler-Bernoulli 梁放置在 Vlasov 地基模型上,建立桩基水平位移控制方程,结合桩基两端约束情况,采用差分法获得邻近桩基的水平位移矩阵解. 随后考虑群桩之间的土体遮拦效应,进一步获得邻近群桩的水平变形差分解 . 通过与两个既有工程案例实测以及既有地基模型计算结果对比,验证了本文方法的优越性. 群桩参数分析表明：地层损失率及隧道埋深的增大均会引起邻近群桩水平位移的增大,但桩身产生最大位移处会随着隧道埋深增加而增大;桩隧之间间距的增大会引起邻近群桩水平位移的减小,但其减小速率逐渐变缓.     

基于BP神经网络的基坑开挖对临近桥桩水平位移预测研究

基坑开挖会引起周围土体位移从而对邻近桩基造成负面影响,干扰桩基正常工作,导致桩身层产生附加弯矩、侧向位移。以郑州大四环及大河路快速化基坑临近桥梁桩基为背景,建立BP(Back Propagation)人工神经网络预测模型,同时结合三维数值模拟及实际监测数据对桩基水平位移进行预测。结果表明,基坑开挖对邻近桩基的影响会随着两者距离的增大而慢慢减弱,且桥梁产生的竖向位移在开挖过程中始终大于其他方向位移。通过将基于BP神经网络建立的预测模型与真实值对比验证了该预测模型可以快速、准确地预测基坑开挖引起的临近桥桩的变形值,可以为桩基位移的预测提供一定参考。     

基坑对称开挖引起下穿隧道竖向变形解析解初探

深基坑施工引起的邻近地铁隧道变形是我国城市轨道交通施工安全控制和风险评估中较为关心的一类问题。目前针对该问题的理论研究,大都采用Mindlin解求基坑开挖作用在地铁隧道上的附加应力;然后基于Winkler地基模型求解隧道的变形;该方法没有考虑软土的流变性以及地基变形的连续性。根据弹性理论的经典解答Mindlin公式,同时考虑软土的非线性流变性,推导出基坑对称开挖引起下方隧道附加应力的简化计算公式。采用Pasternak双参数地基模型,建立隧道竖向变形的平衡微分方程,得到两侧深基坑开挖引起下穿地铁隧道竖向变形和内力的实用计算表达式。通过将某市深基坑工程下方的隧道变形监测结果与Pasternak地基和Winkler地基计算结果进行对比,验证了采用Pasternak地基的优越性和提出的理论计算方法的有效性。     

地铁隧道开挖对单桩竖向承载力影响分析

隧道开挖会引起周围土层产生位移,使桩基产生附加内力和位移,降低桩身承载力,因此,分析隧道开挖对邻近桩基影响具有非常重要的意义。分三步进行分析,首先采用剪切位移法代入桩基平衡微分方程计算出原始状态下桩身的位移、轴力和桩周摩阻力;然后利用两阶段分析法求解给出隧道开挖对邻近单桩承载力的影响,第一阶段采用Loganathan等提出的解析解计算隧道开挖后引起的桩周土体自由位移;第二阶段基于剪切位移法原理,将土体自由位移施加到桩身,求出隧道开挖引起的桩身附加位移、轴力和摩阻力变化量;最后,将开挖前与开挖引起的桩身轴力和桩周摩阻力进行叠加得开挖后桩身轴力和摩阻力。验算桩身轴力以及摩阻力改变后桩身承载力以及混凝土强度。     

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.     

综合管廊深基坑施工对邻近桥梁的影响

为了解综合管廊基坑施工对邻近桥梁的影响规律,以平潭某区间段管廊深基坑为研究对象,采用PLAXIS 3D岩土有限元分析软件建立三维数值模型,模拟综合管廊深基坑开挖回填,分析围护结构、周边土体变形以及桥桩和桥台的响应情况。结果表明:在桥台影响范围内,地层变形和围护墙侧移明显高于其他部位;越靠近管廊基坑的桥台及桥桩附加位移越大,桥台侧移和沉降极值约为4.00 mm;桥桩水平方向都是朝基坑内移动,在基坑开挖及管廊施工过程中,其竖向主要表现为上浮,随着基坑回填才缓慢发生下沉;邻近的桥台及桥桩位移随基坑围护桩桩长减小而增大,总体上管廊基坑开挖对邻近桥梁引起的位移变化不大。通过对管廊基坑的监测数据分析,表明数值模型可靠,基坑总体上安全稳定,邻近桥梁有足够的安全度。     

降雨影响下紧邻桥梁软土基坑围护结构受力变形研究

某基坑受连续降雨影响,基坑围护结构及其紧邻桥梁桩基受力变形影响较大,施工安全风险大增。为此,本文基于饱和与非饱和土体强度参数变化规律和线性内插法对坑内土体力学参数进行计算,结合现场实测数据,采用有限元模拟分析了坑内降水及开挖所引起的围护结构受力变形规律及紧邻桥梁桩基变形规律,并探讨了降雨时长对基坑围护结构变形影响。结果表明,基坑开挖至坑底,围护结构发生“踢脚”大变形,易引起第一道混凝土支撑受拉脱落,最大水平位移发生在围护结构底部;桥梁桩基减弱了因开挖引起的基坑周围土体滑移,造成围护结构两侧受力不对称,导致其远离桩基侧变形过大;降雨引起坑内部分土体软化,使得围护结构水平位移进一步增大;在基坑非饱和区范围内且降雨强度一定时,围护结构水平位移量随降雨时长呈非线性加速增长趋势。     

相邻桩锚基坑开挖变形相互影响数值分析

以两个相邻桩锚支护的基坑工程为实例,基于小应变硬化土(HSS)模型,通过Z-Soil岩土有限元分析软件建立数值计算模型,分析相邻基坑开挖对基坑变形的影响.分析结果表明:相邻桩锚基坑开挖明显减小排桩桩顶水平位移、排桩深层水平位移、坑间土体深层水平位移和坡顶水平位移,对于桩顶水平位移的影响最为显著;相邻桩锚基坑开挖也增大坑间地表沉降,产生的沉降接近两个单坑引起的沉降叠加,最大沉降位置出现在两基坑的正中央;相邻桩锚基坑的支护设计宜考虑相邻基坑开挖的影响,宜以变形不超过单坑开挖产生的水平位移为控制基准.     

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。     

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.     

软土地区基坑施工对堤防稳定性影响的控制措施

随着中国基础设施的大规模建设,遇到了越来越多的基坑施工对临近建筑物影响的问题。对于软土地区的基坑而言,由于土体力学参数较低,基坑施工对临近建筑物的影响更加严重。结合某实际工程,以数值分析为主要手段,研究软土地区基坑施工对其附近土堤稳定性的影响,并重点对基坑施工影响的控制措施进行了研究。结果表明:软土地区基坑开挖的影响范围明显大于经验值,需采用合理的支护措施,以控制其对临近建筑物的影响。仅采用钢板桩支护并不能有效地控制基坑开挖对周围土体的扰动,需要在钢板桩内部增加1～2层内支撑,以保障临近建筑物的安全。研究成果可为类似的软土地区基坑工程施工影响问题提供参考。     

填海区临地铁超大直径圆环撑基坑变形控制及监测分析

填海区由于软土较厚,在填海区开挖基坑风险较大,若开挖基坑同时临近地铁隧道则还必须严格控制基坑开挖对临近地铁隧道产生的变形影响,因此在填海区位于地铁安保区内开挖基坑对变形控制要求极高。详细介绍了深圳填海地区、地铁安保区内某超大直径圆环撑软土深基坑变形控制技术,通过理论计算和三维有限元计算进行了详细分析,并与第三方实际监测结果作了对比分析,对类似工程具有参考及指导意义。得出如下结论：(1)支护结构的最大变形随着基坑开挖深度的增加而逐步增大,基坑开挖至坑底后,整体变形最大位置位于基坑两侧长边中部采用圆环支撑部位。基坑开挖至坑底时,第一道支撑最大水平位移发生在大约基坑中部冠梁位置,第二道支撑最大水平位移发生在大约基坑西北侧冠梁位置。(2)咬合桩+刚度较大的超大直径环形钢筋砼撑结构应用于较差地质条件下的软土深基坑工程中时在变形控制及减小基坑工程对周边变形影响等方面均非常有效。(3)基坑开挖过程中,三种方式所反映出的支护结构水平位移的变化趋势基本相同,随着基坑向下不断开挖,支护结构的最大水平位移量逐渐增加,但变化幅度有一定的差异。     

斜抛撑支护基坑开挖对邻近综合管廊的影响分析

以福建省厦门市某邻近既有综合管廊基坑开挖项目为例,针对SMW工法桩+斜抛撑支护体系,采用FLAC3D有限差分软件建立综合管廊的三维数值模型,进行数值结果分析;研究综合管廊与基坑距离对基坑土体位移场、综合管廊位移和变形、综合管廊周围土体应力分布的影响. 结果表明:坑外地表沉降的影响范围不超过12 m,最大沉降位于坑外4.5 m处,基坑开挖引起的综合管廊最大水平位移和竖向位移均未超过规范的预警值;综合管廊与基坑距离和综合管廊水平位移近似成反比关系;综合管廊发生朝向基坑一侧的倾斜,倾斜度随着综合管廊与基坑距离的减小而增大;综合管廊两侧墙产生朝向基坑的水平推力使综合管廊产生朝向基坑的变形和水平位移.     

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.