基于弱透水层承压水基坑突涌预测研究

在深基坑工程中,基坑发生突涌是导致基坑工程事故的最直接原因之一。本文从土颗粒的微观结构入手,认为土颗粒表面存在吸附的结合水。坑底为弱透水层,即粗细颗粒都存在时,需要水土合算与水土分算间的过渡分析计算思维,即利用统一后的计算方法来得到土中广义渗流力、广义强度参数及广义浮重度。结合力学平衡方程,推导出新的抗突涌验算公式。然后结合工程实例建立物理模型进行离心试验,将离心试验结果与理论验算结果进行比较,结果表明新公式预测基坑突涌比传统公式更为准确。     

承压水地层管廊基坑开挖变形特征及抗突涌稳定性分析

管廊穿越富水软弱地层时,对其安全建设产生了不容忽视的影响。为了研究富水地层管廊基坑开挖变形的稳定性,依托济南新东站开源路富水地层管廊基坑工程,分析影响基坑开挖变形的关键因素,提出基坑周边土体变形破坏影响因素的敏感性评价指标,建立基坑底板抗突涌稳定性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性系数较大,隔水层临界厚度较小,与现场情况更加吻合。     

各向异性软土深基坑坑底抗隆起稳定性分析

基于软土深基坑极易发生坑底隆起破坏的现状,采用Casagrande各向异性强度理论,利用极限平衡方法,针对圆弧滑动破坏模式,考虑土体各向异性特征,推导软土深基坑坑底抗隆起稳定性的分析公式.同时,对推导所得的公式进行基坑开挖空间效应和时间效应修正,在此基础上,结合典型的基坑坑底隆起破坏实例对推导所得的坑底抗隆起稳定性分析公式进行对比分析和验证.研究结果表明:同时考虑土体各向异性和基坑开挖时空效应的坑底抗隆起稳定性分析公式更加合理,对软土深基坑工程的设计和分析具有借鉴和参考价值.     

考虑承压水影响的基坑抗隆起稳定性上限分析

考虑基坑底部的承压水作用效应,假定Prandtl土体滑移破坏形式,采用极限分析的上限定理建立了基坑抗隆起稳定性分析方法及其验算公式,讨论了承压水头大小、不透水层厚度以及挡土墙插入深度等因素对于基坑抗隆起稳定性的影响.工程实例的计算结果表明,坑底承压水对于基坑抗隆起稳定性的影响不可忽视,承压水头越大,基坑抗隆起稳定性安全系数越低.将本算法与传统算法的结果进行了对比,该方法能够体现出承压水对软土基坑稳定性所产生的风险.     

承压水基坑突涌机制离心模型试验与数值模拟

软土地区的深基坑工程,在承压水作用下容易发生管涌、流土和隔水层整体顶升等形式的突涌破坏.结合紧邻地铁枢纽深大基坑工程,设计了基坑突涌离心模型试验,模拟不同承压水位作用下黏性土体隔水层突涌状态,并建立有限元数值模型,分析试验水位压力下坑底土体的应力应变机制.离心模型试验和数值模拟结果表明,在承压水压力作用下,坑底隔水层产生向上的隆起变形,并且基坑中间位置变形量大,随着水位的升高,土体变形曲率增大;基坑围护墙附近的隔水层土体剪切应变大于体积应变,而隔水层与承压含水层的界面处体积应变较大,产生水压楔裂作用并形成有效应力为零的区域;黏性土体隔水层在剪切效应与界面楔裂效应的共同作用下,发生整体顶升破坏.     

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。     

近接既有结构深大基坑隆起变形控制——以天津地铁5号线思源道站接建地下空间工程为例

现行基坑支护规范抗隆起主要验算支护结构的稳定,无法满足拓建工程对基坑隆起变形的严格要求。从力学平衡和刚度控制的角度,阐明了深大基坑隆起的力学机理和隆起荷载的计算方法,提出了控制基坑隆起的新途径。研究表明：基坑隆起荷载与支护结构的入土深度、基坑深度、基坑宽度、土体内摩擦角和土体重度等因素有关;将基坑隆起问题转化为坑底加固土层的平衡问题,可以作为拓建工程基坑隆起控制的计算方法;坑底土体刚性加固和抗拔桩是控制基坑隆起变形的重要措施,坑底加固和抗拔桩应在基坑开挖前实施。     

改进的条形基坑突涌判别式

将条形基坑隔水层视为匀质、连续构件，从坑底突涌的实际民政部及突涌机理出发，借助材料力学和结构力学理论，通过分析提出近似假设并建立比较符合情况的条形基坑突涌判别式，为判别突涌得供了有效、简易的计算方法。     

一种新型基坑支护结构的力学性能分析

水泥土预应力支护桩墙工法(HCMW工法)是在SMW工法的基础上发展起来的基坑支护新方法,该方法具有抗弯能力好、止水性强、对周围土体扰动小等优点。结合工程实际,从工况力学分析、地表沉降量、抗倾覆稳定性验算、整体稳定性验算、抗隆起稳定性验算等角度对HCMW工法的支护规律和效果进行研究,结果表明:支护结构的水平位移在加撑前后有较明显的变化,从地表到坑底呈现逐渐减小的趋势,由于开挖时土体卸载,导致侧支护土体的压力减小,在开挖范围内向基坑移动导致基坑下部土体位移减小,一般出现在距坑底0～2m的范围;基坑周围整体沉降量和距坑边距离呈抛物线状,基坑的最大沉降量为18mm,发生在距离坑边5.6m的位置;最后,对基坑抗倾覆稳定性、整体稳定性和抗隆起稳定性进行验算,得到其稳定安全系数分别为1.974、1.386和2.793,均大于规范规定的安全系数,满足安全要求,表明HCMW工法具有较好的支护效果。     

考虑围护结构强度折减的基坑坑底隆起稳定分析

基坑坑底隆起稳定验算是基坑设计最重要的问题之一,坑底隆起失稳破坏伴随着土体和围护结构失效.然而目前基坑稳定常用的分析方法,强度折减有限元法,在已有研究和实践中却仅折减土体强度,未对围护结构强度进行折减,这与强度折减法的计算理念不统一,且与实际基坑的破坏模式有一定差异.因此本文提出同时折减土体抗剪强度和围护结构抗弯强度的强度折减有限元法.进而通过建立大量的数值模型,对比了考虑与不考虑围护结构抗弯强度折减的计算结果,并与圆弧滑动法进行了对比分析.最后基于实际工程案例分析了新方法的应用效果.分析结果表明,不折减围护结构抗弯强度将高估基坑的坑底抗隆起稳定安全水平,验证了采用强度折减有限元法时同时折减土体强度和围护结构抗弯强度的必要性.     

竖井工法开挖深基坑对下卧既有隧道上浮的控制

基坑开挖会导致下卧隧道产生明显上浮,采用竖井工法开挖基坑可有效的控制下卧隧道的上浮。以深圳地铁11号线区间某深基坑为例,采用考虑小应变刚度特性的硬化土模型,建立隧道与基坑共同作用的三维有限元模型,对比不同控制措施对隧道的保护效果,并研究竖井开挖基坑过程中下卧隧道的上浮规律。结果表明:竖井工法开挖基坑可以较好的控制隧道上浮,开挖过程中隧道的上浮值与卸载率呈现线性关系;坑底加固对抑制基坑底部土体上浮有较明显的效果;在开挖深度较低情况下,隧道上浮与开挖深度呈线性关系,随着开挖深度增加开始向非线性关系转化;若竖井工法开挖不能满足控制要求,可考虑增加坑底加固方式控制下卧隧道上浮。     

考虑渗流应力耦合作用的深基坑开挖变形研究

基于土体渗流应力耦合效应及本构理论,针对某场地地下水埋深较浅、粉质黏土和粘土分布较厚的深基坑工程建立了相应开挖支护三维有限元模型.通过室内试验测定了基坑土体的修正剑桥本构关系参数并将修正剑桥本构关系应用于基坑开挖支护的数值模拟分析中.分别研究了基坑开挖过程中有无渗流-应力耦合效应的基坑整体变形、支护结构位移、坑外地表沉降及坑底回弹情况.研究结果表明:1含水粉质黏土和粘土采用修正剑桥本构关系较合适;2考虑渗流应力耦合作用时基坑支护结构水平位移、坑外地表沉降及坑底回弹量分别是未考虑渗流应力耦合作用时的0.57倍、0.07倍、0.59倍,基坑开挖变形应充分考虑渗流应力耦合作用;3坑底超前降水能显著减小坑底隆起.     

钉距和微预应力对复合土钉墙性能影响的有限元分析

以某深基坑土钉+水泥土搅拌桩复合土钉墙基坑开挖与支护的施工过程为研究对象,运用大型非线性有限元软件ADINA,在考虑基坑的整体空间作用的情况下建立了其整体三维有限元模型,分析了不同的土钉水平间距和微预应力对开挖面水平位移、坑后地面沉降、坑底隆起以及土钉轴力的影响,得出了一些有价值的结论,供设计和施工人员参考.     

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。     

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.     

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。     

地铁吊脚桩深基坑围护结构及土体变形规律

通过分析典型"土岩二元结构地层"深基坑的特点,选取青岛地铁李村站的吊脚桩深基坑作为研究对象,采用ABAQUS有限元仿真计算,并结合大量现场监测数据分析的方法,对吊脚桩深基坑围护结构及土体的变形规律展开了研究。研究结果表明:"土岩二元结构"地层深基坑具有和土质基坑或岩质基坑显著不同的特点;随着基坑开挖深度的增加,围护结构的侧移逐渐增大,最终的侧移形态为上部小、中下部大的"花瓶形";地表沉降随基坑开挖深度的增加而增加,在开挖深度小于2 m时,地表沉降表现为"三角形"模式;随着开挖深度增加至6 m,沉降模式由"三角形"转变为"凹槽型",此后沉降形态保持为"凹槽型"不变。基坑深层土体沉降曲线性状与地面沉降相似,但沉降的影响范围随着深度的增大有所减小,土岩界面以下地层受上覆土层开挖卸荷而产生的回弹影响非常小。     

竖井工法开挖深基坑对下卧既有隧道上浮变形的控制

基坑开挖卸荷将改变地应力平衡状态,位于基坑正下方的地铁隧道将随基底一定深度范围内土层回弹而发生上浮变形。本文结合深圳地铁11号线正上方某采用竖井工法开挖的基坑工程为例,通过建立三维有限元模型分析下卧地铁隧道随竖井开挖过程的变形规律及竖井工法保护机制。结果表明：基坑开挖对下卧地铁隧道竖向卸荷作用显著,采用竖井工法能有效减缓隧道上浮趋势,减小最终上浮量;隧道纵向变形呈双峰形态,纵向变形曲率半径未超过规定值;隧道横截面随开挖过程而发生两侧拱腰压缩、拱顶与拱底之间拉伸的变形趋势,附加弯矩随开挖卸载率增大而逐渐减小,最大附加弯矩位于拱顶附近;竖井工法能减小基底土层的扰动程度,有效抑制基底土体以及隧道围土塑性区发展深度和面积,从而有效控制下卧地铁隧道的隆起量。