软土地区深基坑变形特性三维数值模拟与验证

依据离心模型试验设计方案,建立三维有限元模型对上海地区某紧邻地铁超深基坑变形特性进行数值模拟.在数值模型中,地铁隧道和连续墙均采用单层shell单元模拟,支撑体系采用梁单元模拟,土体的本构关系则分别采用考虑土体小应变特性的HSS模型和考虑弹塑性特性的Mohr-Column模型进行描述.通过与离心模型试验结果的对比分析,...     

临近高架的基坑开挖变形特性的数值分析

以上海地区某深基坑工程为研究对象,考虑土体小应变刚度特性,建立高架道路和临近基坑的二维有限元分析模型,探讨土体小应变条件下深基坑的变形特性及基坑开挖对高架的影响。算例分析表明,考虑土体小应变刚度特性可以较好的模拟基坑开挖的变形及基坑开挖对高架的影响,计算结果与实际情况基本吻合。     

分区施工基坑对邻近隧道变形影响的三维有限元分析

上海世博片区绿谷一期深大基坑工程紧邻越江双线盾构隧道,基坑环境保护要求高,基坑采用分区方案实施。以PLAXIS3D有限元软件建立基坑与邻近隧道的三维有限元模型,土体采用HS-Small小应变本构模型,对基坑分区开挖的过程进行了动态模拟。计算结果与实测结果对比表明,采用HS-Small小应变土体本构模型的三维有限元分析能较好地模拟基坑的变形以及基坑开挖对邻近隧道的影响;分区施工方案通过减小单个基坑的规模,充分利用了基坑的时空效应,起到了很好的变形控制作用。     

土体小应变条件下紧邻地铁枢纽的超深基坑变形特性数值分析

 以上海地区一紧邻地铁枢纽的超深基坑工程为分析对象,考虑土体的小应变刚度特性,建立地铁区间隧道和邻近基坑的二维有限元分析模型,探讨土体小应变条件下超深基坑的变形特性。算例分析表明,考虑土体小应变刚度特性可以显著减小超深基坑的变形,计算结果与实际情况更为吻合。对于紧邻地铁枢纽的超深基坑,开挖顺序对于基坑变形也有着显著影响,在同样的计算模型下,先开挖大基坑再开挖紧邻地铁枢纽的小基坑,可以明显地减小超深基坑的变形,这与上海地区已有的工程实践经验是一致的。所获得的结论对于紧邻地铁枢纽的深基坑工程设计与施工具有重要参考价值。     

基坑开挖对邻近隧道变形影响的解析方法研究

随着城市地下空间工程建设的不断发展,在毗邻既有隧道处进行基坑工程施工已经成为常见的现象。基坑开挖会破坏原有地应力场,进而对邻近隧道产生影响,因此研究相应的应对措施是必要的。基于此,本文将隧道简化为作用在Pasternak地基上的Timoshenko梁,建立了基坑卸荷引起的隧道变形理论计算模型。以合肥大学城深基坑项目为工程案例,分别通过考虑小变形应变特性的Plaxis三维数值模型和理论模型进行计算,并将两个结果分别与现场实测数据进行对比分析。结果表明：模拟计算结果与实测结果基本吻合,最大位移偏差仅为0.6 mm,说明考虑小变形应变特性的本构模型可以很好反映土体应力和变形情况;本文提出的理论模型计算结果与实测结果十分吻合,且理论模型计算结果相比模拟结果更接近实测值,说明所提出的理论模型可以更准确有效地分析基坑开挖效应对侧卧地铁隧道的变形影响。     

软土深基坑分区施工对邻近顶管电力隧道变形影响研究

宁波某软土深基坑临近保护等级较高的顶管电力隧道,基坑采用分区施工的方案来控制基坑变形影响。借助MIDAS GTS NX有限元软件建立基坑对邻近电力隧道的三维计算模型。对基坑分区开挖的过程进行动态模拟,获取基坑开挖过程中的围护桩、周围土体、电力隧道变形结果,并与实测结果对比。研究表明,宁波软土地区深基坑,采用分区施工的方案,能起到很好的变形控制作用,采用HSM土体本构模型能较好反映土体应力-应变关系,基坑开挖对邻近电力隧道变形影响与实测数据基本吻合。     

盾构隧道开挖及补偿注浆对地层扰动影响的室内试验及数值模拟研究

针对盾构法施工过程中产生的土体损失,补偿注浆是一种应用广泛的沉降控制措施。通过模型试验及数值模拟,研究了盾构隧道开挖及补偿注浆对周围土体的扰动影响。将开挖和补偿注浆连续考虑,重点研究了既有土体损失情况下补偿注浆对地表沉降和周围土体应力的影响规律,研究结果表明,盾构隧道开挖过程中,地表沉降可以用Peck公式有效预测,且沉降最大值与土体损失率呈线性关系,隧道周围土体按照应力变化情况分为正拱区、卸荷区、塑性区。补偿注浆过程中,土体按应力变化情况分为抬升挤压区和正拱补偿区。应用小应变本构模型(HSS)进行数值模拟,模拟结果与试验规律对应良好,进一步验证了模型试验揭示的隧道开挖和补偿注浆对土体的扰动机理。     

盾构双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对管线的影响研究

在离心模型试验中同时考虑隧道开挖所致地层损失效应和质量损失效应,研究不同开挖顺序及不同布置形式下双隧道开挖对管线的影响规律。同时采用基于地层损失比的位移控制有限单元法对离心模型试验及其他4组拓展工况进行分析,其中土体本构模型采用考虑土体小应变特性的HP(Hypoplasticity model)模型,并将试验结果与已有的解析方法进行对比。研究结果表明,双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对地表沉降、管线沉降、管线弯曲应变的影响显著;管线存在所产生的"遮拦"效应对管线正上方地表沉降的影响程度随着自由场最大地表沉降的增加而逐渐加剧;双隧道开挖所致管线沉降的主要影响区域为-1.2D_T~1.2D_T;实际工程中应加强浅埋后继隧道开挖时管线工作性状的监测工作,且不应简单采用叠加原理对不同施工工序及不同布置形式的双隧道开挖所致地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变进行预测,应合理考虑后继隧道开挖所致土体的累计剪切应变及上覆隧道的遮拦效应对管–土相对刚度的影响。     

基坑开挖对盾构隧道变形影响及加固措施研究

地铁运营期间不可避免的会在其周边遇到基坑建设施工,两者之间会产生相互影响。本文基于杭州市彭埠单元某基坑工程,采用plaxis 2D有限元软件,结合考虑土体小应变特性的本构模型,计算分析了基坑开挖时土性参数和相对位置变化对盾构隧道附加弯矩和累计变形量的影响,对比了不同加固措施控制隧道变形的效果。     

深基坑分层开挖对邻近盾构隧道的影响分析

基坑工程的施工经常出现在已建盾构隧道的附近,从而必然使已建隧道产生附加变形。为了研究基坑开挖对邻近已建盾构隧道的影响,通过有限元软件PLAXIS针对某深基坑开挖对邻近地铁隧道的影响进行了一系列的模拟,土体本构模型采用PLAXIS小应变土体硬化模型。分析表明：基坑开挖将对邻近隧道产生很大的影响,盾构隧道不仅在水平方向会发生较大的位移,而且在竖直方向也会发生一定的沉降且沉降量不能忽视。     

邻近基坑施工对某住宅楼影响数值分析研究

结合某住宅楼纠倾工程实例,采用有限元软件对深厚软土地基上基坑降水、开挖施工对邻近建筑物的影响进行了三维数值模拟分析。从模拟结果中提取建筑基底土体变形及结构应力和应变结果进行分析,结果表明:邻近基坑降水引起地基土体有效应力的增加以及基坑开挖造成土体的塑性流动是该楼倾斜的主要原因。     

基坑开挖对邻近框架结构影响研究

在考虑土体小应变刚度特性的基础上,以框架结构为研究对象,建立基坑与框架结构的三维整体模型,研究基坑开挖所引发的框架结构内力与变形,得出了框架结构受基坑影响的变形特征及内力变化规律.     

深大基坑支护方案的土工离心模型试验研究

针对广深港客运专线福田站基坑"中心岛"开挖支护方案,从试验原理、模型设计、工况模拟及试验观测等方面提出应用土工离心模型试验研究深大基坑支护结构的安全性及基坑稳定性的试验模拟技术,测试混凝土连续墙的弯矩及土体的位移变形,结果表明:1)混凝土连续墙上的弯矩呈上大下小的分布趋势,远离基坑一侧受拉;2)基坑及附近土体均有不同程度的位移变形,由于试验与工程实际应力历史不同,试验测得沉降及变形均比实际工程现场测值偏大,离心模型试验结果偏于安全;3)基坑及附近各种加固措施有效抑制了土体的位移变形,提高了基坑的安全性。该试验技术对于深大基坑支护结构设计方案的论证、优选具有重要实践意义。     

基于反分析法的基坑开挖引起的土体位移分析

目前基坑开挖引起的土体自由场位移的计算方法主要为有限单元法,而要利用有限单元法较为准确的计算土体的位移场,除了对有限单元法理论以及土体本构知识有较为充足的储备外,模型参数的选取也是重要因素。室内试验确定模型参数受到诸多因素的影响,很多时候在利用这些参数预测基坑变形时并不准确。反分析方法可以有效的解决模型参数的选取问题,因此本文将基于实测数据,采用考虑土体小应变特性的HSS模型,利用反分析方法对基坑开挖引起的土体位移进行研究。研究表明考虑土体小应变采用反分析方法可以较为准确的计算基坑开挖引起的土体位移。     

软土基坑引起下卧隧道隆起的非线性流变

软土地区深基坑开挖改变了周边土体的初始应力,引起周边土体的位移,对周边构筑物造成不均匀沉降、混凝土开裂等不利的影响,并且可能危及临近地铁隧道的安全。对基坑开挖引起的下卧隧道的隆起变形进行了研究并提出了实用的预测方法。基坑开挖土体卸载引起的土体变形采用了Boussinesq应力解进行求解,隧道反力引起的土体变形采用了弹性半空间Mindlin应力解进行分析。隧道本身变形采用了弹性的地下连续梁进行分析,并且考虑隧道与土体的相互作用。通过引入软土的非线性流变模型,考虑了软土变形的时间效应,因此可以对复杂开挖过程进行模拟分析。还对基坑开挖对隧道隆起的效应进行了讨论,通过上海市某重点工程实例的隧道隆起量的预测结果与实测值对比分析,隧道隆起的监测结果证实了该方法的有效性。     

盾构法隧道施工数值模拟

盾构法隧道施工在城市地下工程建设中有着广泛的应用前景。分别采用可以考虑土体小应变特性的本构模型与修正剑桥模型对盾构隧道施工进行了数值分析。这两种模型的计算结果的规律性是相似的;采用修正剑桥模型计算的沉降量、开挖影响范围受盾构施工质量的影响不大;采用土体小应变本构模型计算结果对盾构施工质量很敏感。盾构开挖过程中土体的有代表性的应力路径大都在修正剑桥模型屈服面之内,判断为卸载,即使有部分加载路径,根据剑桥模型计算的变形也不大,小应变本构模型合理地定义了加卸载,可以反映土体小应变时的高刚度,随应变增大土体刚度的迅速减小过程,因而较好地反映了施工质量对地表沉降的影响。分析表明小应变本构模型计算结果是合理的,也证明了考虑土体小应变特性的必要性。     

房屋刚度对隧道开挖引起的土体变形的影响

 隧道开挖对地面房屋影响的预测方法通常忽略房屋的刚度,假设房屋随原地面土体的变形而变形。对武汉地铁2号线某标段区间左线盾构隧道施工过程中数个地表沉降监测断面和多栋房屋的沉降情况进行系统的现场监测,揭示出房屋刚度对房屋自身变形有很大影响,不考虑房屋刚度得到的沉降预测结果可能与实际情况相差较大。同时,采用能够考虑土体小应变刚度特性的数值模拟,进一步揭示隧道开挖过程中房屋刚度对地表下方深层土体变形的影响,并讨论这种复杂的隧道开挖–土体–房屋相互作用的机制。研究结果表明,在分析隧道开挖对房屋自身及其下方桩基等结构物的影响时,有必要考虑房屋刚度的影响。     

基于小应变特性的基坑开挖对邻近桩基影响分析方法

越来越多的基坑紧邻既有建筑开挖，需要评估基坑开挖对邻近建筑的影响，因此基于变形控制的基坑设计已经成了必然要求。目前仍缺乏有效简单的方法去估算基坑开挖对邻近建筑的影响，特别是采用桩基础的建筑。而且当进行变形控制设计时，要求基坑变形控制在较小的范围内，此时基坑周边土体处在小应变范围内，要建立基坑开挖对周边建筑影响的分析方法必须考虑土体小应变特性。首先采用基于小应变特性计算基坑开挖引起的深层土体位移的经验计算公式计算基坑开挖引起的自由场土体三维位移，然后基于差分方法提出了基坑开挖对邻近桩基竖向和水平向影响的两阶段分析方法。通过与有限元结果的对比，验证了本方法的正确性。并分析了基坑开挖深度和桩基离基坑距离这两个因素对邻近桩基的响应的影响。研究表明开挖深度越小对桩基影响越小，基于桩基内力控制时，基坑开挖深度应避开桩底位置，且桩基在距离基坑0.5倍开挖深度距离时最为危险。     

深基坑开挖与邻近隧道相互影响的分析

采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D)模拟软土地区深基坑的分步开挖和支护过程。根据隧道与基坑不同位置关系,分为"紧贴型"和"浅埋型"两类、共7种工况,分析基坑分步开挖对邻近地铁隧道变形的影响以及隧道对基坑连续墙变形和墙后地表位移的影响。数值分析土体采用修正剑桥模型,考虑了连续墙和土体的接触滑移作用。数值分析结果发现隧道变形大小与基坑距离关系并不完全单调,隧道的存在对基坑墙后土体有明显的"加筋效应"。     

具有多道支撑的深基坑开挖离心模拟试验方法

动态离心模型试验可用来模拟具有多道支撑的深基坑开挖过程。在该试验中,通过分时排放规定高度的代土液体来模拟土体分层开挖,通过支撑杆对开挖面的连续墙进行适时支撑,以模拟基坑开挖到一定高度后的支撑施工,并通过模型中的传感器监测离心模型受力和变形情况。本文使用研制的深基坑开挖离心模拟试验装置,采用铝板制作地下连续墙,采用水玻璃作为代土液体,进行了多组重复试验,其结果表明,该离心试验能较好模拟真实深基坑开挖过程。