考虑渗流与变形耦合作用的基坑工程时间效应

基于比奥固结理论，推导了考虑卸载和坑内外水头差影响的三维固结有限元方程，编制了考虑地下水渗流与土骨架变形耦合效应的有限元程序，研究了基坑变形以及坑内外超静孔隙水压力和土水势的时间效应。与不考虑坑内外水头差的情况对比表明，由于坑内外水头差的影响，基坑的围护结构变形、坑后地表沉降以及坑底隆起变形都增大，不考虑坑内外水头差影响的计算是偏不安全的。     

基于非达西流动的软土非线性固结计算

为了研究软土在非达西渗流作用下的非线性固结特性,基于孔隙水质量守恒原理,引入非达西渗流速度方程,建立了以超静孔压为变量同时考虑渗透系数变化的软土地基一维非线性固结方程,采用差分格式离散偏微分方程,获得了超孔隙水压力的数值解答,采用Python进行编程,计算考虑沉积作用的土体非线性固结沉降,并与已有文献结果做了对比,同时分析了非达西渗流参数n和启动压力梯度以及排水条件变化对地基土固结性状的影响。研究结果表明:非达西渗流参数n和启动压力梯度i_c越大,非线性固结完成所需时间就越长,但对固结最终沉降大小没有影响,两个参数对超孔隙水压力消散均有阻塞效应,固结过程对参数n的变化更为敏感。双向排水条件下土体平均固结度最终可达到100%,单向排水条件下土层平均固结度仅达到有限值,固结稳定后其地表沉降小于双向排水计算结果。     

用覆盖层土的浮重与渗透力计算基坑下承压水降深

通过对渗透力基本概念的分析,指出用覆盖层土的浮重与覆盖层内渗透力计算基坑下承压水降深比用覆盖层湿土重与层底水压力计算合理.通过两种方法比较说明,在基坑渗透稳定安全系数等于1,后一种方法中覆盖层用饱和土重计算时两者是一致的;但是,在基坑渗透稳定安全系数大于1时,通常前者计算的基坑下承压水降深小于后者;当基坑下承压水降深一定时,前者求得的基坑渗透稳定安全系数大于后者.用覆盖层土的浮重与覆盖层内渗透力计算基坑下承压水降深比较合理,宜于采用,但是相应的基坑渗透稳定安全系数可以适当提高.     

临海环境基坑渗流特性研究

依托港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道的深基坑工程,针对海域环境中基坑工程的渗流破坏问题,展开渗流特性研究。基于流固计算理论,利用 PLAXIS 计算程序,采用了摩尔库伦与 PLAXIS 自带的硬化( HS) 模型对常水头、海流与潮汐作用下基坑周围渗流特性进行了系统深入的研究。结果表明,相对高频的波浪作用对临海基坑周围的渗流性状、基坑稳定影响较小,潮汐作用对支护墙侧的孔压波动有一定影响,对支护墙上的水土压力、墙身内力和变形、基坑的稳定性影响均较小。当考虑承压水层的水位与海水相通的时候,开挖过程中部分支护剖面的施工工况有发生承压水突涌破坏的危险,工程设计中可以采用简化解析解计算公式分析基坑开挖全过程支护结构两侧的稳态渗流问题。研究结果可为海域环境基坑稳定性控制技术提供理论依据。     

温度循环下能量群桩的热－力学特性数值分析

以黏土地基中能量群桩作为研究对象,针对能量桩－筏基础建立了简化的二维热－渗流－力（ＴＨＭ）耦合有限元模型,模拟分析了力学荷载与长期冷－热循环共同作用下能量群桩的热－力学特性。研究结果表明:桩头沉降、桩身轴向应力、地基土的温度和超静孔压均随温度循环呈周期性变化。桩头的沉降累积主要发生在第1个温度循环中,边桩桩头累计沉降最大,内部桩头的累积沉降较小。边桩轴向压应力的幅值远大于中心桩。在温度循环中各相邻桩间土的温度相同,筏板外地基土的温度较之桩间土要小得多。温度循环下地基土产生超静孔隙水压力。桩升温时桩间土中的超静孔压沿深度逐渐减小,而筏板外地基土的超静孔压小于桩间土。能量群桩的群桩效应减小了温度循环引起的桩身轴向应力和筏板的差异沉降。     

负孔压消散对坑底的回弹影响研究

在软土地区开挖基坑时将在坑底和周围土体中产生负的超静孔压.研究了基坑开挖卸载情况下坑底和周围土体中负超静孔压的消散规律,并利用固结理论和有效应力原理推导了由于开挖引起的超静孔压计算公式和坑底回弹变形计算公式.通过算例讨论了坑底土体的渗透系数和刚度变化对坑底回弹变形的影响.研究表明,随着负孔压的消散,坑底土体中的有效应力逐渐降低,并进而引起坑底土体的膨胀隆起.     

基坑支护结构上土压力计算方法

近年来,随着我国大规模建筑基坑和地铁、地下商业等地下工程的蓬勃发展,基坑支护结构设计计算中许多问题逐步凸现出来。在基坑支护结构设计中,支护结构上的水土压力计算问题是重中之重,直接关乎一个基坑的安全;针对不同地质情况、选用合理的计算方法是基坑支护结构设计成败的关键。一、影响支护结构上土压力的若干因素现行《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中规定基坑开挖过程中,支护结构上的水土压力按朗肯经典土压力理论计算，但通过工程实例检验，其支护结构内力监测值与用朗肯土压力理论计算出的数值有很大不同。     

大深度地下结构的水土压力特性研究

我国正处于地下空间开发利用的热潮,随着浅层地下的逐步开发,有必要研究大深度空间中地下结构的水土压力特性。通过理论研究,采用了水土分算法,并利用Plaxis对100m深度的地下连续墙和盾构隧道分别进行了模拟,具体讨论了渗流、超静孔隙水压力、应力路径等因素对地连墙水土压力的影响以及土拱效应对盾构隧道垂直压力的影响。综合考虑以上因素,最终提出了大深度地下结构的水土压力简化计算模型和基于太沙基松动土压力理论的改良公式。     

天津地区基坑外既有隧道竖向变形机理及影响区研究

天津地区基坑开挖普遍引起坑外既有隧道隆起,但其机理缺乏明确研究,且数值计算较难模拟预测出隆起变形。针对此问题,在分析多个基坑开挖引起隧道隆起案例的基础上,运用有限元模拟和HSS本构模型,对隧道隆沉机理进行了研究。结果表明,隧道竖向变形由基坑围护结构水平变形引发的沉降与基坑卸荷回弹导致的隆起叠加而来,隧道隆沉取决于两方面影响因素的相对大小。不排水短期条件模拟时,基坑开挖卸荷在坑底以下及坑外引发了较大的负孔压,限制了土体的回弹变形及隧道隆起。数值模拟中应根据实际工程施工周期长短、黏性土层渗透性与排水路径长短综合选择土体的排水类型及模拟方法。天津地区粉土黏土互层的地层中孔隙水压力消散较快,施工时间长达数月以上的大型基坑采用排水模拟或能够考虑孔隙水压力消散时间效应的固结模拟,能够更为准确的反映基坑卸荷回弹的影响,预测出隧道的隆起变形。对于基坑外隧道变形的影响区,长期排水条件下隧道隆起区和变形过渡区的位置相比短期不排水条件均向上大幅提高,隆起区范围大幅增加。对于深18 m的基坑,沉降区与过渡区分界线可上升9～17 m,过渡区与隆起区分界线可上升14～16 m。     

砂砾石高边坡三维渗流场分析

本文利用网格单元同静力计算模型,针对砂砾石高边坡在布置排水洞和排水管与不设排水洞和排水管两种工况下的稳定渗流期的渗流场计算。计算结果表明,排水管的作用明显,可有效提高工程施工的经济性。合理的排水管布置可使高边坡后侧的土体孔压明显下降,减小了土体的渗透压力;大大降低了边坡坡面底部溢出面的渗透坡降,在一定程度上保证可能沿潜在滑动面滑动土体的稳定性。。     

各向异性渗流对堤坝稳定性的影响

在大多数边坡稳定分析中，对于浸润线下的水压力分布多按静水压力考虑，即假设水头等势线与浸润线垂直，水压力沿深度呈线性分布。本文使用条分法与有限元法，考虑非饱和区土体渗透性和抗剪强度，对水平渗透能力大于垂直渗透能力的土坝进行了渗流与稳定计算。计算结果表明：堤坝渗流的水平渗透性相对于垂直渗透性越高，浸润线越高，但水头等势线越倾斜，相应点处的孔隙水压力却会降低，从而导致稳定安全系数的升高。计算结果说明各向异性渗流是有利于边坡稳定的。当坝体渗流各向异性程度较大时，按照静水压力计算稳定，有可能导致错误的结果。     

外坑支护结构转动时坑间被动区土拱效应分析

为研究支护结构受力与变形特点,分析了坑中坑式基坑坑间区土体的成拱作用。当外坑支护结构绕底端转动时,利用土拱效应分析方法,推导了被动土压力表达式;定义了内外坑支护结构相对位移比,以此描述内坑支护结构位移对外坑支护结构被动土压力的影响,得到土压力呈非线性分布。工程算例对比分析表明土压力分析方法能更好地反映土拱效应及坑间距对作用在外坑支护结构上土压力的影响,以此土压力值用于基坑支护结构设计相比采用库仑理论计算值偏于安全;当内坑支护结构不发生位移时,坑间距越小、支护结构相对位移比越大,外坑支护结构所受到的被动土压力愈大,说明提高内坑支护结构支撑刚度有利于控制外坑支护结构的变形。研究成果对分析基抗支护结构安全问题,具有一定的参考价值。     

ABAQUS渗流应力耦合分析中渗透荷载施加问题探讨

渗流应力耦合问题是目前数值分析的热点之一,渗流对应力的影响主要体现在渗透荷载上,然而不同学者应用ABAQUS进行渗流应力耦合分析建模时,在水荷载边界条件施加方面出现2种个问题:定义了孔压边界后,是否还有必要施加静水压力;考虑了坝基的渗流作用,是否还需要在坝底面定义扬压力荷载。通过竖向应力平衡和孔隙静水压力平衡理论及算例对这2个问题进行分析,结果表明:在应用ABAQUS进行渗流应力耦合分析时应同时考虑静水压力和孔压边界;当不考虑坝体渗透性时,应施加扬压力,而考虑坝体渗透性时,则无需再单独施加扬压力。分析成果可为研究ABAQUS进行混凝土重力坝渗流应力耦合分析时渗流荷载和水边界条件的施加问题提供参考。     

三维声纳渗流探测技术在深基坑工程中的应用——以湖北宜昌庙嘴长江大桥锚碇基坑工程为例

为了在深基坑开挖前提前判断基坑侧壁渗漏点的具体位置,以紧邻长江边的深基坑为工程背景,简要介绍了三维声纳渗流探测的原理,侧重论述了声纳探测技术的实施方法及具体施工布置要求。通过对基坑地连墙外各观测孔声纳渗流检测数据的计算分析、类比和评估,较为全面掌握了基坑在内外水头作用下的渗流情况。在实际开挖过程中,通过现场观测,声纳探测的渗漏点与现场情况基本一致。总结了声纳探测技术的优缺点,从应用需求上指出了下步应探索的领域。     

对土石坝渗流安全监测仪器的几点认识

基于对目前国内外广泛用于土石坝渗流安全监测的两种仪器的分析 ,认为测压管由于迟后时间的影响 ,不宜用在监测土石坝浸润线和坝体内部渗透水压力的粘性土体中 ,但可用在渗透系数大于 1 0 -3 cm/s的无粘性土体内 ;渗压计是一种理想的渗流监测仪器 ,但应用时必须在专业人员指导下进行。     

渗流作用下土质边坡稳定性分析

分析了渗流对土质边坡稳定性的重要影响。根据渗流力作用原理,建立起渗流作用下土坡稳定性的求解方程,并结合工程实例验证了该法的合理性,为边坡工程的稳定性分析提供参考。     

考虑非饱和区影响的土石坝渗流有限元计算

传统的有限元饱和渗流计算往往把渗透系数取作定值,而实际上非饱和土渗透系数呈非线性函数关系,与体积含水率、孔隙水压力密切相关.基于饱和-非饱和土渗流计算模型与原理,本文考虑渗流场非饱和区对堤坝渗流的影响,对某土石坝进行了渗流有限元计算与分析.算例结果表明,应用该思想与方法计算土石坝渗流,可以获得较为准确合理的渗流场计算结果.     

高水头抽水蓄能电站高压岔管围岩非线性渗流分析及渗透稳定性研究

针对抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管承载的高内水压力导致围岩高渗压差、高水力梯度等问题,以高压岔管围岩渗流控制为目标,结合现场高压压水试验及其解析模型,定量分析高渗压下岔管围岩的渗流参数,基于单裂隙花岗岩非达西渗流室内试验成果,拟合Forchheimer非达西渗流方程影响因子与渗透率之间的指数型关系式。在此基础上,采用Forchheimer非达西渗流方程、Signorini型变分不等式和自适应罚函数相结合的方法,推导非达西渗流控制方程组及其有限元计算格式,并将其应用于阳江抽水蓄能电站高岔区围岩渗流规律研究。结果表明:高压岔管内水外渗导致防渗排水措施和导水断层附近区域产生了强烈的非达西渗流;采用非达西渗流理论计算的渗漏量明显小于达西渗流理论计算值,且差值伴随着流场非线性的增强而增大。研究成果对于高水头抽水蓄能电站岔管区防渗设计与控制具有参考价值。