黏土中地下连续墙支护结构的稳定性分析

以杭州地铁二号线文华路地铁站主体基坑为工程案例,应用PLAXIS 3D数值模拟软件,确定杭州典型黏土地区土体小应变硬化（HSS）模型的土体参数取值方法. 基于可靠度理论及稳定性和经济性评价体系,将抗隆起稳定、抗倾覆稳定、支护结构侧向位移控制这3种安全性模式分别作为单目标,分析单目标下的结构参数敏感性及其最优解;运用灰色关联度多目标优化算法确定地下连续墙支护结构设计参数的最优解. 结果表明,土体小应变硬化模型适用于杭州典型黏土地区：对于该地区狭长型基坑的内撑式地下连续墙支护结构,墙深是基坑抗隆起稳定性的决定因素,墙深和加固土深度对基坑抗倾覆稳定性的重要性相同,被动区加固土深度在坑底以下较差土层内还是基坑变形的主控参数. 当考虑内支撑时,首道支撑对基坑变形控制起决定性作用;由灰色关联度多目标优化算法确定的结构设计参数最优解与实际结果接近.     

圆形基坑抗隆起稳定性分析的三维轴对称圆弧法

为了解决计算圆形基坑抗隆起稳定性时未考虑空间效应和支护结构的问题,基于圆弧滑动模式的极限平衡法,考虑支护结构的刚度与位移,假设支护结构产生抛物线变形,采用弹性地基梁与轴对称圆环计算方法,考虑滑移面环向应力作用,推导了圆形基坑抗隆起稳定性安全系数的计算公式,建立了验算圆形基坑抗隆起稳定性的三维轴对称滑动圆弧法.通过工程实例验算,与其他计算方法进行了对比分析,同时还分析了支护结构的最大水平位移、基坑半径、开挖深度、嵌固深度以及土体参数对圆形基坑抗隆起稳定性的影响.结果表明:三维轴对称圆弧法与采用其他平面算法的方法相比,不仅考虑了基坑支护结构的刚度与变形的影响,还在滑移面处考虑了圆形基坑的空间效应,计算结果更为合理;随着支护结构最大水平位移的增大,滑移体与相邻土体的相互约束降低,圆形基坑的空间效应或自稳性能降低,进而导致圆形基坑抗隆起稳定性安全系数降低;采用三维轴对称圆弧法,圆形基坑的抗隆起稳定性安全系数高于采用其他平面算法,在相同的抗隆起稳定性安全系数情况下,可以优化支护结构的嵌固深度.     

反压土对基坑开挖竖向作用的影响研究

为了研究反压土在减小基坑开挖引起的地面沉降和坑底土体回弹的影响,利用经典土压力理论分析了反压土的作用机理,依据经验公式探讨了考虑反压土时地基回弹量和基坑坑底抗隆起稳定性验算的计算公式,最后通过数值模拟分析验证基坑开挖过程中反压土存在的影响。结果表明,反压土的存在能有效降低基坑开挖过程中周围地面沉降和坑底隆起。研究结论为如何减小基坑工程对周围环境的影响提供重要理论依据,同时还具有重要的环境效益。     

软土基坑支护深度滑移线解研究

基于滑移场理论,分析了基坑底部被动滑移区BDE、过渡区BCD和主动滑移区ABC的区域应力状态,推算出基坑底部在假设支护深度为t时的土体极限承载力滑移线解,并以此反算出满足软土基坑抗隆起稳定安全性要求的支护深度。此外,还可求出软土基坑抗隆起稳定性安全系数以应用于抗隆起稳定性验算,并且在均质土前提下,经过简单换算得到与普朗德尔极限平衡理论公式的基坑抗隆起稳定性安全系数k相同的结果。结合工程实例验证了软土基坑支护深度滑移线解和软土基坑抗隆起稳定性安全系数的合理性。     

MC桩组合支护结构工作性状的有限元分析

水泥土桩与混凝土桩组合支护结构（MC桩）对基坑工程变形控制效果明显,在工程实践中开始得到应用．针对这种组合支护结构工作机理和变形特性研究较少,实际工程多采用经验设计法,缺乏理论依据．应用有限单元法分析了组合支护结构在基坑开挖条件下的工作性状,分析了M桩入土深度、墙体宽度、C桩桩长和土体性质等因素对组合支护结构水平位移、基坑隆起、地面沉降以及桩身内力的影响．分析表明,增大M桩挡墙宽度或增加C桩桩长对支护结构变形、坑底隆起及地表沉降控制效果明显,研究结果对组合支护结构的设计具有参考价值,     

基坑支护结构的实用计算方法及其应用

针对弹性地基反力法中没有考虑地基土的水平基床系数随围护墙水平位移而变化的问题,根据基坑工程中土抗力与支护结构位移之间的非线性共同作用,建立了一个非线性土抗力模型.基于此模型提出一个考虑土一基坑支护结构非线性共同作用的弹性地基反力法.在该方法中,采用以解除围护墙前侧向土压力的方法模拟基坑开挖作用,并考虑了由于开挖而产生的墙前土体弹簧刚度软化以及由此引起的应力重分布和附加变形.编制计算程序并分析了基坑工程实例中各工况支护结构的受力与变形.计算结果表明,按提出的分析方法计算的围护墙体位移比按现行规程设计方法计算的更接近实测结果,且计算参数的确定较为方便.     

复合地基与临近基坑支护结构之间距离影响规律

基于复合地基与支护结构紧邻情况的离心试验,使用PLAXIS软件,建立复合地基与支护结构之间有一定距离的基坑工程数值模型,研究土条宽度对复合地基与支护结构内力位移的影响规律。结果表明:距离规律可分三个区间:当土条宽度从0增加至6 m, CFG桩轴力与桩土应力比增大,遮拦效应明显,宜建立考虑侧向刚度和遮拦效应的侧压力计算方法主动控制位移;当土条宽度从6 m增加至至18 m, CFG桩轴力、桩土应力比稳定减少,可沿用现有设计算法;土条宽度增加至18 m及以上,新建基坑对既有复合地基不再产生影响。研究结果明确了不同土条宽度下基坑设计方向,以及同类基坑工程中安全防护重点,为进一步建立此类基坑的设计理论奠定了基础。     

复合地基与临近基坑支护结构之间距离影响规律

基于复合地基与支护结构紧邻情况的离心试验,使用PLAXIS软件,建立复合地基与支护结构之间有一定距离的基坑工程数值模型,研究土条宽度对复合地基与支护结构内力位移的影响规律。结果表明:距离规律可分三个区间:当土条宽度从0增加至6 m, CFG桩轴力与桩土应力比增大,遮拦效应明显,宜建立考虑侧向刚度和遮拦效应的侧压力计算方法主动控制位移;当土条宽度从6 m增加至至18 m, CFG桩轴力、桩土应力比稳定减少,可沿用现有设计算法;土条宽度增加至18 m及以上,新建基坑对既有复合地基不再产生影响。研究结果明确了不同土条宽度下基坑设计方向,以及同类基坑工程中安全防护重点,为进一步建立此类基坑的设计理论奠定了基础。     

软黏土中坑中坑式内支撑基坑抗隆起稳定性分析

坑中坑式基坑在基坑底部进行二次开挖,其隆起破坏机理比普通单一基坑要复杂.采用强度折减有限元分析法研究坑中坑式基坑的抗隆起稳定性.研究了内外坑间平台宽度,内坑宽度和深度,内外坑挡墙的插入深度,软土层不排水抗剪强度等归一化参数对坑中坑式基坑抗隆起破坏模式及抗隆起稳定安全系数的影响.坑中坑式基坑的抗隆起破坏模式可分为三种内外坑整体隆起破坏(M1),内外坑整体隆起破坏和外坑独立隆起破坏同时发生(M2),外坑独立隆起破坏(M3).确定基坑破坏模式在M1,M2以及M3之间转化时,各个参数的临界值.增大内外坑间平台宽度,内外坑挡墙的插入深度以及软土层的不排水抗剪强度,会提高坑中坑式基坑的抗隆起稳定安全系数.增大内坑的宽度和深度则会降低坑中坑式基坑的抗隆起稳定安全系数.     

渗流对基坑变形及应力的影响

目的研究基坑的变形和应力在分步开挖的过程中受渗流的影响,分析基坑的变形和应力在考虑渗流和不考虑渗流时的差别．方法对基坑开挖卸荷与支护的过程用Fish语言编程,用FLAC3D进行数值模拟实际施工情况．在考虑渗流影响和不考虑渗流影响两种情况下,首先计算了基坑的水平位移数值解,并将坑顶位移的计算值和实测值对比,计算分析了坑底隆起和周围土体应力应变受渗流的影响．结果渗流会使基坑水平位移、竖向位移和周围土体沉降值增大,这对于基坑稳定是不利因素．渗流最明显的作用是使基坑内部和外部的水平位移都有所增大．渗流作用使基坑支护结构外侧土体竖向有效应力增大,使坑底支护结构内侧土体的竖向有效应力减小,因而增大了土体作用在支护结构上的横向作用力．结论渗流会使基坑的水平位移和坑底隆起变大,也会使周围较远的地面沉降值增大,同时会增大土体作用在支护结构上的横向作用力．     

复合土钉支护转角有利影响范围

基坑复合土钉墙转角处有明显的空间效应,受力变形较小,对支护结构有利,但不清楚转角定量的有利影响范围,目前设计中仍按照与基坑中部一样保守设计,为在此范围内降低土钉用量,避免保守设计,对水泥土搅拌桩复合土钉支护结构建立了全尺寸整体三维有限元模型,这种模型包含基坑的转角,能考虑基坑的空间效应,通过建立接触面单元,能考虑土体和搅拌桩、土体和土钉的相互作用,量化分析了基坑转角对支护结构受力和变形的有利影响范围,计算结果表明,基坑转角对开挖面水平位移、地表沉降、坑底隆起、土钉轴力的有利影响范围分别约为1.3、1、1、1.2倍的开挖深度。经与实际工程现场实测值对比,验证了该模型分析结果的可靠性,同时分析结果优于平面二维和局部三维有限元模型,结论为复合土钉支护结构的优化设计和安全施工提供了理论依据和研究方法。     

基坑底部土体裙边加固模型试验与数值模拟研究

为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响,分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体,实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展,将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明,对坑底土体采用裙边加固,可以有效地减小支护结构的侧向位移;坑顶地表沉降虽有减小,但效果不明显;桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况;土体开挖,桩随着坑底下某一点发生转动,造成桩上半部分土压力减小,桩底处土压力增大;裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大;土体加固深度与宽度超过一定范围,控制基坑变形的效果有所提高但不明显,加固深度宜取0.3~0.4倍的开挖深度,宽度宜取0.35~0.45倍的开挖深度。     

改进的一次二阶矩方法在基坑抗隆起稳定可靠度评价中的应用

评价抗隆起稳定性是软土基坑支护设计中一项重要工作.传统的安全系数法无法考虑到岩土参数不确定性对抗隆起稳定的影响,为此基于可靠度理论,以土体参数γ、c、φ为随机变量,利用改进的一次二阶矩法计算软土基坑抗隆起稳定可靠性指标.通过基坑工程实例,分别采用可靠度和安全系数法评价了基坑抗隆起稳定性,分析了土性指标的均值和变异性对基坑抗隆起稳定可靠指标的影响.结果表明,采用改进的一次二阶矩可靠度计算方法评价基坑抗隆起稳定性具有科学性和合理性,基坑抗隆起稳定可靠指标β对参数均值变化的敏感性明显大于安全系数Fs.土性指标φ的变异性对基坑抗隆起稳定可靠指标β的影响最大,c的变异性影响次之,γ的变异性对β的影响最小.     

考虑非饱和土强度的基坑整体稳定分析方法研究

采用非饱和土的强度理论提出了一种基坑整体稳定的分析方法，在对水泥搅拌桩的支护结构的基坑整体稳定分析中该方法考虑基坑周围非饱和土基质吸力的影响，初步探讨了饱和－非饱和土基坑整体稳定的安全系数变化规律。     

可回收桩锚支护基坑模型试验及数值模拟研究

通过室内可回收桩锚支护基坑模型试验与数值模拟探究基坑施工全过程对支护结构变形的影响规律。结果表明：地表沉降曲线呈凹槽形分布,坑后1倍开挖深度范围内沉降变形受施工影响显著。坑底最大隆起变形最终发生于坑壁附近,坑底以下1倍开挖深度范围土体隆起变形明显为强影响区。在回填过程中,坑后0.75H附近地表对沉降变形尤为敏感,增长幅度达54.5%。锚杆的失效回收是导致支护结构在回填阶段变形增长的主要因素,其中又以上层锚杆的影响最为突出。在采用可回收桩锚的工程中,基坑设计应统筹基坑开挖与锚杆回收这2个阶段。     

软土地区地铁基坑插入比优化研究

以苏州地区地铁基坑工程为研究背景,结合实际工程数据与数值模拟结果,分析插入比和基坑稳定与变形的关系。通过数值仿真明确基坑隆起失效时滑动面位置及其与插入比和基坑深度的关系,提出了确定滑动面位置的计算公式,改进了抗隆起稳定性分析中圆弧滑动法的滑动半径。结果表明:建立的滑动面位置确定公式可以较准确地预测苏州基坑隆起失效时滑动面位置;在此基础上,改进的隆起稳定性计算方法所确定的插入比与现有地基承载力法的计算结果吻合度较好,相较于传统圆弧法得到的插入比降低了41%,优化了地铁基坑支护结构的插入比设计。     

不同土压力计算方法对基坑支护稳定计算的影响分析

分析2012年颁布实施的与1999年实施的《建筑基坑支护技术规程》中不同土压力计算方法对基坑支护设计的影响.选用某工程实例,对不同土压力分布下,支护桩的弯矩、剪力、位移及整体抗倾覆安全系数进行计算和分析比较.然后采用Monte Carlo可靠度方法分析两种不同土压力分布作用下,支护结构的抗倾覆稳定性.利用Matlab语言编写计算程序,分析土压力计算方法的改变对基坑支护可靠度的影响.计算结果表明:土压力按三角形分布计算出的抗倾覆稳定系数减小较大,但两种方法计算的可靠度相差很小,说明采用新规范的计算方法在保证了基本稳定性的同时,对工程安全性提出了更高的要求.     

万浩俪城S1工程深基坑支护方案设计与分析

万浩俪城S1工程东北边缘毗邻国家电网河东110 kV变电站,考虑到基坑周围环境的复杂性与支护工程的安全经济性,采取分段计算分析的方法,运用理正深基坑软件进行支护方案设计的计算.其中,Ⅰ段,基坑边缘距变电站2.0m,对土体变形敏感,空间狭窄无法放坡开挖,且土钉墙不能满足侧壁安全要求,选用桩锚支护结构;Ⅱ段周边为道路及开阔空地,采用放坡土钉墙支护结构.计算结果表明:桩锚支护段整体稳定性、抗倾覆、抗隆起等各项参数,放坡土钉墙支护段局部抗拉、内外部稳定性等参数,均满足规范要求,总体设计方案技术可行、合理经济.     

基于蒙特卡罗法的基坑土钉支护稳定可靠度分析

基坑土钉支护稳定性受到很多不确定性因素影响,利用基于最优化蒙特卡罗法计算基坑土钉支护稳定性的可靠度指标,全面考虑参数的变异性和各种随机影响因素,进行参数分析.研究各种参数的重要程度以及影响范围,得出有意义的结论,并对土钉设计施工提出建议和要求.     

考虑开挖反弹的桩锚结构土压力计算方法研究

桩锚支护结构中,土压力的计算未考虑支护结构位移及坑底土体的卸载反弹影响,可导致主动区土压力计算值偏小,被动区土压力计算值偏大,降低支护结构的安全度水平.以弹性长桩理论和经典土压力理论为基础,考虑施工过程坑底土体开挖反弹效应和土的短期应力历史,研究桩锚支护结构土压力的演化进程和计算方法,提出了土压力的"反零点分布"模式、"零分布"模式、"零点分布"模式、"梯形分布"模式以及"矩形分布"模式之间的相关关系及其影响因素和演化机制.指出桩锚支护结构土压力的计算应综合考虑开挖速度、各工况暴露时间以及土体反弹特性的影响.