用钢筋混凝土支撑代替钢支撑的深基坑支护特性研究

为控制基坑的稳定性和施工对周边环境影响,国内部分城市建设行政主管部门要求深基坑第一道支撑必须采用钢筋混凝土支撑。为研究钢筋混凝土支撑代替钢支撑前后的基坑受力变形性状,以深圳地铁某基坑工程为例,利用有限元软件ABAQUS,对钻孔灌注桩围护结构+内支撑体系进行了有限元分析。分析时,土体采用MohrCoulomb理想弹塑性模型,围护结构与土体之间采用接触模型,考虑了钢筋混凝土支撑设置在不同的支撑位置,分析了不同开挖阶段支撑轴力及围护墙侧移的变化规律。结果表明:深基坑第一道支撑采用钢筋混凝土与采用钢支撑对基坑的受力变形影响不显著;但根据基坑受力变形性状,钢筋混凝土支撑若设在基坑中部可充分利用其抗压性能,减小、围护结构变形和弯矩。     

用钢筋混凝土支撑代替钢支撑的深基坑支护特性研究

为控制基坑的稳定性和施工对周边环境影响,国内部分城市建设行政主管部门要求深基坑第一道支撑必须采用钢筋混凝土支撑。为研究钢筋混凝土支撑代替钢支撑前后的基坑受力变形性状,以深圳地铁某基坑工程为例,利用有限元软件ABAQUS,对钻孔灌注桩围护结构+内支撑体系进行了有限元分析。分析时,土体采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,围护结构与土体之间采用接触模型,考虑了钢筋混凝土支撑设置在不同的支撑位置,分析了不同开挖阶段支撑轴力及围护墙侧移的变化规律。结果表明:深基坑第一道支撑采用钢筋混凝土与采用钢支撑对基坑的受力变形影响不显著;但根据基坑受力变形性状,钢筋混凝土支撑若设在基坑中部可充分利用其抗压性能,减小围护结构变形和弯矩。     

基于小应变本构模型的深基坑受力与变形性状三维有限元分析

借助大型岩土工程有限元软件Plaxis3D,采用能够考虑土体小应变特性的HS-small土体本构模型对软土地区某深基坑工程进行了三维有限元模拟分析。研究了围护结构的变形、坑外土体位移、立柱回弹和支撑轴力等变形与受力规律,并与实测数据进行了对比分析。结果表明,基于HS-small本构模型的三维有限元分析结果和实测数据能够很好吻合,该方法适用于深基坑工程的分析。     

考虑混凝土支撑徐变的深基坑开挖有限元分析

深基坑开挖时,支撑体系的刚度是影响基坑变形的关键因素之一,由混凝土徐变引起的支撑刚度衰减对基坑性状的影响,目前仍未很好解决。本文以上海某深基坑工程为例,在考虑钢筋混凝土支撑徐变的基础上,利用有限元软件ABAQUS,对开挖过程中支撑体系刚度衰减对围护结构工作性状的影响进行了有限元分析。分析时,土体采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,围护墙与土体之间采用接触模型,考虑徐变效应而引起的支撑刚度衰减时,支撑模量采用按龄期调整的有效模量,进而分析了不同开挖阶段支撑轴力及围护墙侧移的变化规律。结果表明,混凝土支撑的徐变效应对围护结构的内力和变形影响较大,在基坑工程设计计算中应考虑这一影响。     

深基坑开挖对支护结构及既有建筑物的影响分析

以武汉市某深基坑工程为研究背景,采用有限元软件ABAQUS对其进行了基坑开挖全过程的数值模拟分析。结果表明:ABAQUS数值模拟软件可以较为合理的模拟基坑开挖全过程;地连墙+内支撑的支护形式可以很好地控制基坑开挖引起的支护结构以及周边土体的变形,保证施工及既有建筑物的安全。     

冻胀环境对深基坑稳定性的影响

对黑龙江省哈尔滨市某深基坑工程在基坑开挖过程中和越冬停工期间的监测数据进行统计、分析,结果表明:该深基坑围护结构沿深度方向的变形属于复合式变形,基坑的空间效应不明显;桩体水平位移浅部变化较深部变化大,第1道钢管支撑轴力增大点与冻土层深度基本吻合,因此类似工程在设计及施工时应充分考虑冻胀环境对基坑稳定性的影响。     

深基坑中内支撑对支护桩的影响分析

借助PLAXIS 2D有限元分析软件,基于Mohr-Coulomb模型,对某内支撑支护深基坑的开挖全过程进行数值模拟研究。计算不同支撑刚度下支护桩的内力以及变形,揭示了支撑刚度对支护桩位移、支撑轴力的影响规律,并分析了支撑轴力与支撑刚度比值对支护桩的影响规律,并得出近似比值,为内支撑支护基坑工程的设计、施工提供了一定理论依据。     

地铁车站深基坑开挖岩土体的变形特征

为研究地铁车站深基坑开挖岩土体的变形规律,应用数值模拟软件FLAC3D模拟分析基坑开挖过程中周边岩土体水平、沉降位移和混凝土支撑轴力的变化情况,并对其变形规律进行总结分析。     

软土深基坑桩撑支护选型分析及数值模拟研究

为了积累珠海地区软土深基坑设计和施工经验,依托某深基坑支护项目对常用支护方案进行对比,利用理正深基坑计算软件选定钻孔灌注桩加混凝土内支撑方案;同时,采用MIDAS/GTS有限元软件,对基坑进行整体三维数值模拟分析,分析了基坑开挖过程中,支护桩桩身和桩后土体的水平位移、坑底隆起量、周边地表沉降量、支撑轴力及支护桩弯矩等变...     

地下连续墙支护结构的深基坑开挖过程分析

各类深基坑的破坏一般是由于坑外荷载过大,超过支护结构的承载能力所导致的。因此对基坑支护结构在开挖过程中的变形和内力变化情况进行模拟分析尤显必要。以某地铁车站深基坑为研究对象,利用PLAXIS2D有限元分析软件,对基坑开挖和支护的过程进行模拟分析,分析基坑开挖影响范围、支护结构位移和内力、土体位移等问题,提出控制基坑失稳的方法和建议,为类似的深基坑工程的施工提供参考。     

越冬桩锚基坑冻胀变形的数值模拟分析

为了分析冻胀作用对基坑变形的影响,通过Flac3D软件对桩锚支护的基坑进行数值模拟,模拟越冬。结果表明随着冻胀时间的增加,冻胀作用越明显,对基坑变形及支护结构的影响越大。不同负温条件对基坑影响也不同,温度越低,冻深越大,冻胀变形越严重。因此在实际工程中,存在越冬情况的基坑必须做好监测以及防护。     

基于冻土正交各向异性冻胀变形的隧道冻结期地层位移数值分析

 针对隧道水平冻结法施工的特点,综合考虑地层温度、地表对流等各类初始和边界条件及土体的相变潜热过程,建立隧道水平冻结温度场的数学模型。定义土体的冻胀率为瞬时体应变,考虑冻土的正交各向异性冻胀变形特征,即冻胀变形主要发生在沿热流方向(温度梯度方向),引入变形特征系数的概念,从而导出土体温度降至冻结温度后而产生的瞬时热应变分量(冻胀应变分量),并建立地层冻胀的弹塑性热力耦合数学模型。基于ABAQUS有限元软件的二次开发技术,编制冻土正交各向异性冻胀变形的用户子程序,从而提出隧道水平冻结期地层位移的热力耦合数值分析方法。将该方法应用于某浅埋大断面地铁隧道水平冻结工程中,获得地层冻结温度场和冻胀位移场的分布规律,并与现场实测结果相比较,验证数值分析方法的可靠性,同时表明地层位移分析中考虑冻土正交各向异性冻胀变形特征的必要性。     

复杂环境下深大基坑开挖监测与数值模拟分析

以兰州市某复杂环境下深大基坑工程为案例,该基坑开挖深度为17.70~19.10m,主要采用“咬合桩＋预应力锚杆”支护结构,局部采用土钉墙。根据该基坑周围土体、支护结构、邻近建筑监测数据和基坑开挖数值模拟,分析基坑开挖过程中基坑变形性状和基坑开挖对邻近建筑的影响。研究发现：在开挖过程中,基坑支护结构、基坑周围土体和邻近建筑三者变形相互影响;基坑支护结构应避免出现结构性状突变;咬合桩加预应力锚杆的支护结构适用于兰州地区深大基坑项目。最后借助Plaxis3D有限元软件对基坑开挖过程进行数值模拟,模拟结果与监测结果趋势一致,但咬合桩的研究需深入。该深大基坑支护结构对邻近建筑变形起到良好的控制作用,为兰州地区类似基坑项目提供了很好的案例,为复杂环境下深大基坑项目的设计提供参考。     

冻胀作用对北方越冬土钉墙稳定性的影响

冻胀是越冬季节基坑支护工程的潜在危险,从冻胀对基坑工程的不利影响着手进行分析,并以北京某越冬土钉墙支护工程为例,分析了冻胀力对该类支护形式稳定性的影响,结果表明,由冻胀引起的水平位移主要发生在冻胀土,而弱冻胀土较小;冻胀引起的土钉拉力变化值在冻胀土中较大,而弱冻胀土中值较小.     

土体冻胀对桩锚支护结构影响试验研究

在我国西北季节性冻土地区,冬季土体冻胀对基坑安全危害不容忽视。为探究土体冻胀与桩锚支护结构间的相互作用,进行桩锚支护结构基坑冬季室外试验。通过研究冻胀作用下桩锚支护结构内力与桩后土压力的变化规律,得出以下结论:浅层桩侧土压力易受温度与土体含水率等多种因素影响产生突变;支护桩上部内力随冻胀次数增加而增大,锚杆能够减弱土体冻胀对桩身内力的影响;温度降低可使桩身上部弯矩增幅变大;锚杆自由段应力大于锚固段,且锚固段应力易受冻胀作用影响产生增长。所得结论可为桩锚支护结构在季冻区基坑工程中的应用提供参考。     

冻土冻胀及其对管道的作用分析

在冻土区敷设长输管道需要考虑冻土冻胀对管道的作用,以防止管道出现过大的应力或应变而危及管道的安全运行。针对冻土冻胀作用对管道的影响提出了分析计算方法,包括冻土冻胀量计算、管道周围温度场计算模型、管道与土壤的相互作用模型以及基于应变的管道失效判据。其中,冻土冻胀量的计算主要基于冻土分凝势和蠕变,温度场模型根据考虑地面环境温度变化和管输介质的温度,管道与土壤的相互作用模型计算差异冻胀情况下管道的应力与应变。计算分析了在温度降低过程中土壤的冻结深度和冻胀位移,以及管道在冻胀作用下的变形,结果表明,冻土差异性冻胀引起管道弯曲变形,其最不安全位置发生在两种土壤的交界处附近。     

深基坑边塔吊地基加固设计及变形控制分析

随着城市建设地下空间开发需要,深基坑支护工程日益增多.深基坑开挖卸荷作用会引起岩土体应力应变效应,进而诱发周围建(构)筑物地基产生变形.某建筑工程由于施工场地限制,不得不将塔吊基础布置于深基坑围护结构边缘,而塔吊结构的运转荷载会对基坑安全造成隐患,故在基坑开挖前需要对塔吊地基进行加固设计,并对施工过程中塔吊地基变形进行...     

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。     

近接隧道冻结对运营车站冻胀变形控制研究

为了研究不同冻胀控制方法下土体冻胀的发展规律,以上海某近接穿越既有车站的隧道冻结加固工程为原型,根据相似准则建立了冻土与车站结构相互作用的模型试验台,对隧道水平冻结过程进行模拟研究,探究调整冻结盐水温度以及泄压等方法下隧道冻结冻胀变化规律。研究结果表明,将冻结盐水温度从-28℃提升至-18℃后,隧道的积极冻结时间增长91%,但车站底板冻胀力减小了16.7%;三角区泄压后车站底板冻胀力减小了26.3%。根据相似模拟试验得到的不同冻胀控制措施下车站结构的冻胀变化规律,提出在施工工程中采取三角区泄压及调整冻结参数等措施来控制冻胀对车站结构的影响。同时根据工程施工监测数据,对不同冻胀控制措施的应用效果展开了研究,研究结果表明,三角区泄压孔泄压后10d内车站底板位移量减少了65.5%;冻结盐水温度为-28℃、-20℃、-10℃时车站底板竖向位移增长速率分别为0.35mm/d、0.14mm/d和0.01mm/d,随着冻结盐水温度的提高,车站结构竖向变形速率明显减缓,调整冻结盐水温度对冻胀控制效果十分显著。     

Coupled thermo-hydro-mechanical modeling of frost heave and water migration during artificial freezing of soils for mineshaft sinking

Artificial freezing of water-bearing soil layers composing a sedimentary deposit can induce frost heave and water migration that affect the natural stress–strain state of the soil layers and freezing process. In the present paper, a thermo-hydro-mechanical (THM) model for freezing of water-saturated soil is proposed to study the effects of frost heave and water migration in frozen soils on the formation of a frozen wall and subsequent excavation activity for sinking a vertical shaft. The governing equations of the model are formulated relative to porosity, temperature, and displacement which are considered as primary variables. The relationship between temperature, pore water, and ice pressure in frozen soil is established by the Clausius–Clapeyron equation, whereas the interaction between the stress–strain behavior and changes in porosity and pore pressure is described with the poromechanics theory. Moreover, constitutive relations for additional mechanical deformation are incorporated to describe volumetric expansion of soil during freezing as well as creep strain of soil in the frozen state. The ability of the proposed model to capture the frost heave of frozen soil is demonstrated by a comparison between numerical results and experimental data given by a one-sided freezing test. Also to validate the model in other freezing conditions, a radial freezing experiment is performed. After the validation procedure, the model is applied to numerical simulation of artificial freezing of silt and sand layers for shaft sinking at Petrikov potash mine in Belarus. Comparison of calculated temperature with thermal monitoring data during active freezing stage is presented. Numerical analysis of deformation of unsupported sidewall of a shaft inside the frozen wall is conducted to account for the change in natural stress–strain state of soil layers induced by artificial freezing.