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。     

基坑变形数值分析中土体力学参数的确定方法

依托上海地区地铁车站基坑,提出了结合有限元的多目标反分析参数确定理论与算法,以不同开挖工况中的围护墙体水平位移和临近地表沉降作为目标,分析确定典型软土层的修正剑桥模型参数.对基坑开挖施工过程用ABAQUS进行有限元模拟,同时选取AMALGAM算法,利用Matlab对基坑工程中的土体参数进行反分析.结果发现,根据基坑开挖前一步实测变形确定的计算参数能够有效预测下一步开挖变形,开挖到一定深度时所确定的土体参数能够准确地预测后续步开挖的影响.证实了多目标反分析对后续施工步预测的精确度,并且得到了长寿路车站基坑第2~6步的9个土体参数反分析结果,可作为基坑工程的借鉴.     

软土地层中分隔型基坑变形特性及应力路径

以上海软土地区紧邻历史保护建筑的超大地下综合体施工为例,建立考虑土体小应变特性的三维有限元计算模型,研究分隔型基坑变形特性及土体应力路径;将数值模拟结果与现场实测数据进行比对以检验模型参数取值的合理性,并基于此模型进行多工况计算分析。结果表明:仅靠优化基坑开挖顺序对基坑变形控制作用有限且不全面,有必要考虑地下结构回筑引起的基坑支护刚度和边界条件变化;先开挖小基坑并完成其地下结构回筑后再施工较大基坑的施工方案效果最优,与较不利工况相比可减小紧邻敏感建筑物侧围护结构最大侧向变形30%;不同开挖顺序、地下结构施工引起的边界条件变化,以及不同排水条件使得坑内外土体应力状态复杂多变,其中坑内土体在不同工况下呈现不同应力路径,坑外土体则呈现多次卸荷的应力路径;当应用伺服式预应力钢支撑时,坑外土体表现出先水平卸荷而后加荷的应力路径,围护结构变形控制在开挖深度的0.1%内,可有效保护周边敏感建筑物的安全。     

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.     

土体全弹塑性模型及其工程应用

为了模拟基坑开挖卸荷土体变形的全程弹塑性特征,将岩土弹塑性理论引入到Duncan-Chang模型中,建立了一个全弹塑性土体模型,模型的参数可通过三轴试验确定.在分析了基于该模型的基坑开挖数值计算方法的基础上,编制了相应的有限元计算程序,该程序能考虑基坑开挖过程和桩土之间的相互作用.通过对某基坑工程开挖模拟,并与Duncan-Chang模型比较,结合以往分析经验初步验证了模型的合理性.建立的土体模型更适于松砂和粘性土等应变硬化土体的卸荷过程模拟,提高基坑工程等挖方工程的模拟精度.     

地铁车站深基坑开挖对土体影响的数值模拟

为了研究地铁工程支护结构对周围土体变形影响的问题,应用有限元计算软件ADINA对地铁车站深基坑工程进行开挖支护模拟,建立明挖法深基坑开挖支护过程的三维模型,分析开挖过程中连续墙支护开挖和连续墙、锚杆联合支护开挖两种工况下,基坑周边地层的位移情况.研究结果表明:地铁车站深基坑的开挖与支护过程是一个基坑支护结构和基坑内土体、基坑周围土体共同作用的问题,支护结构和支护方法对基坑周围环境的影响明显,周围土体和基坑内土体对基坑性状的影响显著.     

既有重力式挡土墙与临近基坑开挖相互影响的研究

为了深入了解临近开挖施工的基坑与附近既有重力式挡土墙之间相互作用所引起的力学行为,利用快速拉格朗日方法(FLAC3D)建立既有重力式挡土墙与临近基坑开挖的实际模型和等效模型,并通过这2个模型的对比数值模拟,分析了既有重力式挡土墙与临近基坑开挖的相互影响.将重力式挡土墙及其背后土体等效为相应荷载进行模拟,其土体变形和支护结构受力与实际模型模拟的结果较为相似.按照等效模型进行基坑支护结构设计是可行的,但同时也要注意分析重力式挡土墙的稳定性.     

基坑开挖对邻近盾构地铁隧道变形机制研究

基于Mindlin理论对基坑降水开挖诱发邻近地铁隧道的应力应变及沉降进行理论研究。在结合逆作基坑实际开挖工况条件下,采用MIDAS/GTS大型三维有限元软件分析了基坑考虑不同降水情况下邻近盾构地铁隧道变形情况,并对不同模拟方案结果进行对比。结果表明,地铁隧道结构模拟结果合理,考虑降水情况下坑外土体的附加变形要比基坑开挖卸荷作用引起的土体变形大得多,抵消了隧道上抬变形趋势,使隧道产生了偏向基坑方向的变形,变形量值也大得多。     

基坑开挖对侧边土体变形性质的影响

针对当前基坑开挖土体变形的问题,利用工程中较常用的邓肯-张模型,推导出基坑分层开挖引起应力路径变化与切线模量的关系式,进而得出卸载状态下土体变形模量与切线模量的关系.再利用数值软件和室内试验,模拟研究基坑开挖过程.结果表明:基坑开挖对土体的应力路径有明显影响,应力路径的不断变化使得土体的应力状态也随之改变;排水条件不同,相同部位土体的应力-应变关系不同;应力路径和排水条件是土体变形的主要影响因素.     

砂土地区深基坑稳定性评价及力学效应分析

结合某地铁车站基坑开挖工程,基于基坑支护结构的现场实测数据,对排桩内支撑基坑支护体系桩顶水平位移,桩体侧向位移及基坑周边土体沉降量进行分析,得出基坑围护结构各项位移和周边土体沉降随时间及开挖深度的变化规律.建立研究区二维有限元模型,并将实测数据与模拟值进行对比,研究支护结构内力变化及桩后土体应力状态.研究结果表明:基坑长边桩顶水平位移约为短边桩顶水平位移的3倍,桩体最大侧向变形量位于1/2H(H为基坑开挖深度)处;基坑开挖及降水引起地面沉降范围约3H,基坑周边各监测断面最大沉降量出现在距基坑边22m处(约0.82H~0.96H),内支撑架设有助于增大基坑整体稳定性.     

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.     

地铁深基坑施工与邻近建筑的关联效应研究

目的研究地铁深基坑开挖对邻近建筑物的影响,分析造成建筑物产生沉降的不同因素,为类似地铁深基坑工程与对建筑物的保护提供可靠指导.方法以岩土数字软件MIDAS GTS NX为基础,结合沈阳地铁十号线北大营街站深基坑工程,建立土体与基坑围护结构相互作用的三维整体计算模型,并将数值模拟值与实测数据进行比较,检验模型的适用性;根据模型分析有哪些因素在基坑开挖时对建筑物变形有影响.结果距基坑边缘距离以及围护桩埋深度对建筑物沉降有较大影响,建筑物边缘距基坑边缘的距离为6 m时,基坑较为安全;基坑围护桩埋入土深度为1.5倍的基坑开挖深度时,可以较好地抑制相邻建筑的变形,超过这个临界点时抑制作用明显减小.结论当类似工程如果建筑物距离基坑小于6 m时,可以提前采取一些加固措施,如设置隔断墙,在开挖前采取提高围护桩入土深度来减小基坑支护结构和邻近建筑物变形.     

深基坑开挖引起的地表竖向变形分析

依托合肥市某深基坑开挖工程,用MIDAS/GTS对基坑开挖及支护全过程进行数值模拟,研究了基坑开挖过程中周围地表竖向位移发展规律,并将模拟结果与监测数据进行对比,监测数据与模拟结果较为吻合。在此基础上深入分析了深基坑开挖引起的地表竖向变形的影响因素。研究结果表明：随着基坑开挖深度的增加,开挖深度对地表竖向变形的影响增大,地表沉降规律呈“凹槽形”;地表沉降模拟最大值约为27.3 mm,监测最大值约为29 mm;地表最大竖向位移点位置对开挖深度不敏感,出现在离墙后约8 m的位置;地表竖向位移随周围荷载减小、土体弹性模量增大、钢支撑直径及钢支撑壁厚增大而有减小的趋势。     

红粘土侧向卸荷真三轴试验及其力学特性分析

采用刚柔复合型真三轴仪,模拟基坑实际开挖过程,进行了三向主应力不同的单面侧向卸荷真三轴试验,分析了侧向卸载和竖向加载条件下红粘土的应力应变关系、变形破损过程及其强度参数随基坑开挖的变化特点。根据红粘土强度参数在基坑开挖过程中的变化特点和工程实践确定强度折减系数,采用双强度折减法对土体强度参数进行分步折减,并选用FLAC 3D程序和摩尔库伦模型对红粘土深基坑工程开挖的力学过程进行数值模拟。结果表明,加卸载条件下红粘土变形破损的力学机制完全不同,土体强度参数随基坑开挖深度的增大而减小,变化的范围、幅度和速度以递增方式变化。在相同竖向荷载条件下,开挖过程的土体较受压过程的土体更易变形破损而失稳。     

相邻双基坑开挖相互影响二维性状分析

以某实际相邻双基坑工程为原型,利用PLAXIS建立相邻基坑开挖的二维模型,采用HS土体本构模型,分析相邻基坑同步开挖对土体位移、支护结构变形与内力的影响;考虑不同开挖工序和不同基坑间距,分析相邻基坑开挖的影响范围和基坑支护结构在不同开挖工序下的变形特征.对相邻基坑同步开挖下的支护结构位移进行了实测.结果表明,邻近基坑开挖卸荷对基坑间土体沉降、坑底隆起、坑外地表沉降、支护结构内力与变形等产生明显影响.相邻基坑间距、开挖顺序和支护方式是其主要影响因素.     

深基坑倒挂井壁法开挖对地层变形影响研究

为了研究倒挂井壁法基坑施工过程中周围土体和井壁的变形情况,以位于成都市牛市口的我国首个共享单车智能停车库基坑工程为背景,通过施工现场人工测量和自动化监测数据分析了基坑附近地层变形情况,然后采用有限差分法建立井壁-土体共同作用的三维计算模型,将模拟结果与监测结果进行对比,研究了基坑周围土体竖向沉降和基坑井壁横向收敛的变化规律。结果表明:倒挂井壁法能保证较小的施工变形,且施工变形以水平向变形为主;采用倒挂井壁法施工,土体在施工初期会出现少量隆起,然后随土体开挖而下沉,当初衬封底之后,基坑周围土体不再发生沉降;基坑井壁横向收敛最大值发生在井壁约0.7倍深度位置。     

明挖地铁配套的深基坑开挖卸载的计算与设计

以厦门轨道交通1号线杏锦路站基坑支护工程为案例,运用有限元和理正深基坑设计软件,通过数值模拟结果分析基坑开挖坑底回弹的规律和不对称开挖对地铁工程的影响.研究发现,离基坑边越远、开挖越深,坑底土体回弹越明显;土体不对称开挖产生土体偏压,桩前塑性区范围与基坑开挖深度成正比,且在土体偏压一侧比另一侧明显.为保护地铁工程结构的功能性和安全性,可采用排桩+预应力锚索结合排桩+内支撑支护方案,解决基坑整体稳定性和变形控制问题;可采用土方分层分段分块、均匀、对称的开挖方案,减少土体偏压对支护结构的影响.     

ADINA在深基坑开挖过程中对地铁的影响分析

以上海地区的某一相邻地铁隧道的基坑为模拟背景,应用大型有限元软件ADINA,采用二维有限元模型,分别采用Isotropic混凝土模型和Mohr-Coulomb土体模型,模拟基坑开挖的各个阶段。通过实际监测变形值与模拟值的比较,表明分析结果与现场实测结果基本吻合,这为以后的相关工程设计和施工提供理论和计算支持。     

软土地层基坑群模型试验相似材料研制及应用

针对基坑群连续开挖存在的耦合效应,首先确定相似材料配比方案,其次通过正交试验得出合理的配比材料,进而设计基坑群模型试验,研究了两侧基坑叠加作用影响下车站基坑的围护结构和土体表层变形。研究结果表明：满足该软土地层相似常数的土层材料配比为石英砂：滑石粉：双飞粉：膨润土：水=0.27：0.27：0.232：0.058：0.17;相较于无邻近基坑开挖的地铁站,旁侧存在基坑开挖时由于相邻墙体引起的墙后土拱效应叠加而减小了坑间土体水平应力,进而减小开挖引起的围护结构受力和变形,但坑间土体沉降较大;基坑间距是支护结构变形的主要影响因素,两侧基坑间距位于1-2H之间（H为基坑深度）,接近1倍开挖深度一侧的叠加影响大于接近2倍开挖深度一侧。基于所配相似材料开展的基坑群模型试验具有很好的试验效果,对相关基坑群模型试验有一定参考作用。     

ADINA在深基坑开挖过程中对地铁的影响分析

以上海地区的某一相邻地铁隧道的基坑为模拟背景,应用大型有限元软件ADINA,采用二维有限元模型,分别采用Isotropic混凝土模型和Mohr-Coulomb土体模型,模拟基坑开挖的各个阶段。通过实际监测变形值与模拟值的比较。表明分析结果与现场实测结果基本吻合,这为以后的相关工程设计和施工提供理论和计算支持。