武汉某地铁车站深基坑开挖支护变形数值模拟研究

【目的】以武汉市唐家墩地铁车站深基坑工程为例,综合考虑场地工程地质、水文地质条件,权衡经济、安全、施工难度、工期等因素的影响,最终采用连续墙加内支撑的方式对该深基坑进行开挖支护。【方法】结合ABAQUS数值模拟软件中的Mohr-Coulomb准则进行三维建模,模拟研究了基坑开挖过程,预测了基坑开挖影响范围内土体的水平位移、垂直位移及支护结构的变形,并与现场监测资料进行了比对。【结果】研究结果表明：开挖初期主动土压力主要由开挖面以下连续墙承担,随着开挖加深和支撑设置,主动土压力在后期主要由开挖面以上连续墙承担。围护结构最大水平位移为30.3 mm,坑外最大沉降量17.5 mm,坑内最大隆起量为19 mm,与现场实测数据一致,从而验证了设计方案的可行性。【结论】基坑开挖支护方式满足一级基坑变形控制要求。模拟结果表明支护设计方案是可行的。     

深基坑桩锚与土钉墙联合支护结构的变形监测分析

通过对郑州楷林大厦深基坑桩锚与土钉墙联合支护结构的水平位移及周边建筑物的沉降进行监测和分析,探讨了基坑开挖与施工不同阶段围护结构的位移和周边建筑的沉降规律,总结出影响基坑位移和周围建筑物沉降的因素,由此得出一些有益于指导基坑设计和施工的结论：（1）支护结构产生的水平位移主要出现在土方开挖和基坑支护阶段,基底垫层浇筑完毕后,位移速率减缓,在进行地下室主体施工时位移趋于稳定;（2）基坑开挖后,围护结构的变形大小与基坑周边的土体处于临空状态的时间以及土方开挖的速度有很大的关系,临空时间长,结构变形大;（3）周边建筑物的沉降与基坑的水平位移并不同步,一般滞后10d左右．     

兰州市某地铁车站深基坑开挖支护三维有限元分析

以兰州市地铁1号线一期工程五里铺车站深基坑工程为背景,采用非线性有限元软件Midas GTS对地铁车站深基坑开挖过程进行仿真模拟,研究施工过程中"钻孔灌注桩+内支撑"围护结构的内力及变形、周围土体的沉降规律及范围,桩后土体的水平位移等随基坑开挖深度的变化规律.通过施设不同位置钢支撑对基坑变形的影响和原方案进行对比分析,得出原方案在控制变形等方面有较好的效果,且桩体最大水平位移减小0.36mm.     

巨厚软土地区深基坑应力与变形研究

由于土体性质的复杂性,理论分析很难预测巨厚软土地区深基坑的应力和变形特征,而数值模拟是一个很好的解决方法。结合长江三角洲海相巨厚软土地区某地铁站深基坑工程地质条件,采用弹塑性有限元方法,对地下连续墙支护结构的深基坑在不同开挖时序的地表变形、支撑受力和基坑回弹特征进行了分析。数值模拟结果表明,巨厚软土地区深基坑开挖引起的地表沉降影响范围大约为基坑开挖深度的4倍;周边地表水平位移的影响范围大约为开挖深度的6倍;开挖过程中支撑受力从上至下有逐渐增大的趋势。这可为后续安全施工、科学设置监测点位置以保证深基坑本身和周边建(构)筑物安全提供基础资料,也可为类似巨厚软土地区深基坑的设计、施工提供借鉴。     

基于有限差分法的某深基坑支护开挖过程模拟

本文基于有限差分法采用Flac3D软件对某深基坑预应力锚杆柔性支护法的开挖过程进行了数值模拟,介绍了该工程计算模型及其土层物理力学参数、预应力锚杆长度等参数的选取,阐述了锚杆预应力的具体施加方法及模拟施工过程的详细步骤,研究了基坑侧壁水平位移、基坑地表沉降、坑底隆起量、预应力锚杆内力等随基坑开挖深度变化的规律。结果表明预应力锚杆柔性支护法对控制基坑开挖变形有良好的效果,基坑的水平位移呈曲线分布,水平位移最大值发生在基坑顶面,随深度的增加而逐渐减小,基坑地表沉降的范围不大且数值很小。     

地铁区间隧道下穿邻近高架桥桩基础变形分析

【目的】隧道侧穿或下穿高架桥的施工情况及相关研究越来越多,但是对于双隧道下穿临近高架桥且以粉土为主要成分地质条件的案例研究较少。【方法】本研究以深圳地铁7号线西丽～珠光（DK2+420～DK5+190）段盾构区间下穿高速高架桥为背景,建立三维数值计算模型对墩顶位移和离隧道最近桩节点位移变化进行分析研究。【结果】研究表明：墩顶横向位移在先行隧道贯通前逐渐增大,但随着后行隧道的开挖,桩基两侧的土体产生的土压力逐渐平衡,墩顶横向位移逐渐减小,向初始位置靠近;墩顶纵向位移随着隧道开挖逐渐增大,位移方向同盾构掘进方向相反;墩顶竖向位移随着盾构掘进逐渐增大;双隧道两侧桥桩横向位移随着隧道的开挖和墩顶力的共同作用,位移逐渐增大,左右线贯通后达到最大值,但双隧道中间桥桩随着右侧隧道掘进,由于两侧土体产生的土压力逐渐平衡,横向位移逐渐减小,向初始位置靠近。【结论】下穿邻近高架桥的粉土地层的地铁隧道,应根据其工程变形规律,避免对既有工程造成影响,本研究对于同类型工程设计和研究具有一定参考。     

新建隧道对既有隧道变形影响的模拟及实例研究

【目的】为了缓解地面交通拥挤的现状，地下交通设施的建设愈发频繁和密集，在工程中不可避免地面临在邻近的既有隧道附近开挖隧道的情况。新建隧道开挖会引起地应力场的改变，从而影响既有隧道围岩的受力状态，使之发生变形。【方法】为了研究岩质地层中新建隧道对既有隧道变形的影响，采用数值模拟的方法，模拟在既有隧道周围不同方位，不同距离开挖隧道。通过监测既有隧道的位移来反映其变形情况。【结果】研究结果表明：既有隧道的变形随着与新建隧道净距的增加逐渐减小，新建隧道与既有隧道位于同一埋深时，既有隧道的变形最小，新建隧道下穿既有隧道时，新建隧道对既有隧道的影响较大。【结论】本研究可以为类似工程施工和设计提供参考。     

富水区深基坑支护监测分析

郑州某深基坑设计开挖深度为11.2m,因工程场地附近存在沟渠,地下水位埋深较浅,地下含水量丰富,对基坑开挖极为不利。因此,有必要对基坑围护结构的坡顶位移、深层水平位移等进行持续监测。结果表明,随着基坑每一段的开挖,坡顶位移与深层水平位移会发生骤然增大,地下水较丰富侧的位移量更为明显。随着支护体系的完备位移量逐渐得到控制,在开挖至基底后,位移趋于稳定。     

基于FLAC~(3D)的深基坑土钉墙支护数值模拟

以某小学深基坑工程为例,通过FLAC~(3D)建立了基坑开挖的三维模型,对基坑开挖过程及土钉墙支护进行模拟,分析了水平位移及土钉墙受力特点,水平位移随开挖过程不断增大,沿基坑深度呈"C"型分布,最大位移达18mm;土钉最大应力在靠近坡面位置,混凝土面层弯矩沿深度逐渐增大。研究表明,土钉墙支护方案是可行,能够有效地抑制基坑变形,保证基坑的安全稳定。     

基于MIDAS的地铁隧道开挖对邻近建筑物的变形影响分析

地铁隧道规划往往会经过城市的繁华地段，不可避免的对邻近既有建筑物造成影响，如何有效控制地铁开挖过程中引起的建筑物变形沉降问题一直是研究的重难点。以南京地铁7号线为例，采用MIDAS数值模拟软件建立三维地质模型，首先分析地铁隧道开挖对既有建筑物的影响，后依次对三台阶法和交叉中隔墙(CRD)法开挖引起围岩变形进行研究，最后对隧道完工后的监测点曲线进行变形分析。结果表明：地铁隧道开挖穿越邻近建筑物这一过程，离隧道近的建筑物基础点沉降量很大，而离隧道远的建筑物基础点沉降量相对较小，由沉降差可知为不均匀性沉降；相比于CRD法，采用三台阶开挖法能有效降低隧道开挖处的拱顶沉降，提高隧道围岩的安全稳定性。由于隧道开挖导致围岩应力迅速释放以及初期支护效果的滞后性，相比于隧道周边收敛点变形而言，拱顶处的变形幅度则更大。     

基于应变软化模型的桩锚支护过程稳定性分析

为了研究深基坑在桩锚支护过程中的稳定性变化规律,利用FLAC3D软件对深基坑进行数值模拟,采用应变软化模型对基坑在开挖过程中的支护桩变形、锚索受力、稳定性以及塑性区变化进行计算,结合实测数据进行计算分析,并与Mohr-Coulomb模型进行对比.研究结果表明:FLAC3D应变软化模型数值模拟结果与实际监测结果基本吻合,且优于Mohr-Coulomb模型,并能较好地反映软岩土体的变形特性;随着基坑开挖的进行,支护桩身最大水平位移点位置随着开挖步的不断增加呈现出逐渐下降趋势;在基坑开挖过程中,锚索锚固力逐渐增大,并沿索体呈现出先增大后减小的变化趋势,且最大值出现在剪切滑动面位置处;开挖过程中,基坑张拉、剪切塑性区域主要集中分布在开挖面及开挖面3~7m深度内.     

基于应变软化模型的桩锚支护过程稳定性分析

为了研究深基坑在桩锚支护过程中的稳定性变化规律,利用FLAC3D软件对深基坑进行数值模拟,采用应变软化模型对基坑在开挖过程中的支护桩变形、锚索受力、稳定性以及塑性区变化进行计算,结合实测数据进行计算分析,并与Mohr Coulomb模型进行对比.研究结果表明：FLAC3D应变软化模型数值模拟结果与实际监测结果基本吻合,且优于Mohr Coulomb模型,并能较好地反映软岩土体的变形特性;随着基坑开挖的进行,支护桩身最大水平位移点位置随着开挖步的不断增加呈现出逐渐下降趋势;在基坑开挖过程中,锚索锚固力逐渐增大,并沿索体呈现出先增大后减小的变化趋势,且最大值出现在剪切滑动面位置处;开挖过程中,基坑张拉、剪切塑性区域主要集中分布在开挖面及开挖面3～7 m深度内.     

基于有限元模拟的溢洪道边坡稳定性分析

【目的】重庆市南川区鱼枧水库工程中溢洪道边坡所处位置地质条件复杂，开挖规模较大，加之不确定因素较复杂，导致该工程溢洪道边坡存在安全隐患问题。【方法】结合溢洪道左侧边坡的总体结构特征，研究选取两个典型剖面及相应的岩体力学参数，利用强度折减法对该边坡分别在不同工况和不同施工工序下进行稳定性分析。【结果】研究表明：该边坡在未开挖及开挖支护两种工况下均满足稳定性要求，而在开挖未支护时处于不稳定状态；边坡采用边开挖边支护的施工工序比先开挖后支护工序产生的整体位移缩减15%。【结结论论】本研究验证了边坡支护方式的合理性，具有一定的指导意义。     

浅埋水工隧道支护优化方案设计研究

【目的】目前，我国对水工隧洞的开挖支护研究较少，本研究以信阳市四水同治水工隧洞为研究对象，对该工程支护方案进行优化设计，为类似工程提供借鉴经验。【方法】通过FLAC3D软件建立模型，在支护方案的锚杆数量和喷混厚度两方面进行优化模拟计算分析。【结果】研究结果表明：(1)两种优化方案云图都与施工方案相似，数值上两种优化方案虽使围岩位移有所增大，但仍在安全范围内。(2)模拟锚杆优化方案虽使锚杆应力有所增大，但未超过锚杆应力极限承受范围。(3)模拟喷混优化方案与施工方案相比仅在数值上有差异，且变形位移在安全范围内。【结论】通过以上分析表明两种支护方案优化设计在安全性和经济实用性两方面具有参考意义。     

深基坑变形报警方法研究

深基坑开挖导致基坑周围土体的水平位移和竖向位移,可能会致使周边建筑出现裂缝,严重的会导致周边建筑失稳,所以在基坑的施工过程中需要密切关注基坑的变形情况。本文提出一种深基坑变形报警方法,建立基坑变形控制指标体系,基于该指标体系设置报警级别并进行报警。指标体系由基坑的累计变形量、变形速率及变形加速度这三项变形控制关键指标组成,所述累计变形量和变形速率具有对应的第一报警值、第二报警值和第三报警值,所述变形加速度具有对应的第四报警值。该报警方法可以及时准确地评价基坑的安全状态,提高基坑施工的安全度。     

基于FLAC3D原理模拟斜井支护效果研究

【目的】斜井介于平港和竖井之间,结构受力具有一定的复杂性,因此研究斜井硐室开挖和支护的有效性和可行性尤为重要,有必要对斜井支护效果展开研究。【方法】采用FLAC^3D对斜井围岩变形及支护技术方案的应力场、位移场和塑性区的分布变化情况进行数值模拟分析。【结果】在斜井开挖过程中,未支护工况下城门型斜井拱腰、拱顶、拱脚及底板等三处是开挖围岩最不稳定区域。支护后的围岩应力场、位移场和塑性区的分布减少了较多,其中,拱顶下沉位移量从57 mm降至5.3 mm;拱腰处水平位移量从26.7 mm降至15.7 mm;底板水平位移量从11.3 mm降至7.14 mm。【结论】在支护工况下的围岩应力场、位移场和塑性区的分布得到了较好改善,对斜井围岩的位移变形、塑性区范围起到了显著的控制作用。     

深埋地下洞室柱状节理围岩变形特征分析

【目的】金沙江白鹤滩水电站输水系统中的尾水调压室规模巨大，洞室埋深大，穹顶柱状节理玄武岩发育，地质条件复杂，为了降低围岩变形破坏的风险，保证工程安全，节约生产成本，需对深埋地下洞室柱状节理围岩变形特征进行分析。【方法】依托右岸深埋地下洞室8#尾水调压室，结合现场工程地质资料及施工过程，运用非连续介质力学的数值计算方法，得出无支护条件下穹顶在柱状节理岩体及完整岩体两种情况下围岩的应力应变分布，继而分析评价两种情况下围岩可能出现的变形特征。【结果】结果表明，柱状节理的发育使穹顶开挖面附近浅层围岩强度降低、应力集中区与开挖面的距离增大，围岩塑性区深度显著增大；受初始最大主应力方向及柱状节理各向异性影响，穹顶S侧翼围岩变形值及N/S两侧翼变形值的差异均有所增大，层间错动带C5在N侧法向应力有所减弱，在S侧的松弛变形有所增大。【结论】分析方法及结果符合地下工程设计施工的一般规律，为围岩稳定、设计方案和支护安全评价提供了有力支撑，具有可靠的工程指导价值。     

湘潭市某深基坑复合土钉墙支护变形的有限元分析

复合土钉墙在基坑中应用广泛,目前对其变形的研究较少.本文依托湘潭市河西核心商务区人防平战结合工程,运用有限元分析软件ANSYS建立微型桩 预应力锚杆复合土钉墙与纯土钉墙两种不同支护形式在不同工况的有限元模型,得到各开挖步基坑的变形情况,将有限元计算结果与现场实测数据进行对比分析.结果表明：由于受到土体主动土压力作用,微型桩产生微小转动,复合土钉墙支护水平位移呈现开挖面以上与以下相反的现象,在基坑顶部有较小幅度的土体拱起,微型桩和预应力锚杆的施加对基坑侧壁水平位移与地面沉降有较大影响,能有效控制土体变形,增加土体稳定性,但是对坑底隆起的影响相对较小.     

湘潭市某深基坑复合土钉墙支护变形的有限元分析

复合土钉墙在基坑中应用广泛,目前对其变形的研究较少.本文依托湘潭市河西核心商务区人防平战结合工程,运用有限元分析软件ANSYS建立微型桩-预应力锚杆复合土钉墙与纯土钉墙两种不同支护形式在不同工况的有限元模型,得到各开挖步基坑的变形情况,将有限元计算结果与现场实测数据进行对比分析.结果表明:由于受到土体主动土压力作用,微型桩产生微小转动,复合土钉墙支护水平位移呈现开挖面以上与以下相反的现象,在基坑顶部有较小幅度的土体拱起,微型桩和预应力锚杆的施加对基坑侧壁水平位移与地面沉降有较大影响,能有效控制土体变形,增加土体稳定性,但是对坑底隆起的影响相对较小.     

悬臂式围护桩仿真分析研究

采用Midas/GTS仿真分析软件对黄土地区基坑支护进行三维数值模拟,结合实际工程特点,较为真实地得出了悬臂桩支护对桩周土体的影响,得到了开挖各阶段的土体变形曲线、桩身弯矩曲线,分析其原因、特点及规律,并对极可能出现的滑移趋势做出了分析。悬臂式支护结构主要依靠嵌入坑底土内的深度与结构的抗弯能力来维持基坑壁的稳定与结构的安全。所以对于悬臂式支护结构来说,嵌入土内的深度非常重要。因为悬臂式支护结构上端的水平位移往往是开挖深度的五次方函数,故它对开挖深度非常敏感,很容易产生大的变形,所以通常只适用于土质较好以及开挖深度较浅的基坑工程。