黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体上限解

 为了将多块体上限法拓展应用到饱和黏土基坑抗隆起稳定性分析中,提出支护墙体刚性条件下,用于饱和黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体相容破坏模式,并给出相应的上限计算能量方程。为检验多块体上限方法的应用情况,结合实际工程案例以及针对基坑宽度、坑底基岩埋置深度、支护墙体与土体间侧摩阻、支护墙体入土深度和土体强度非均质等对抗隆起稳定存在影响的因素进行计算和分析,并将多块体上限法计算结果与基于Terzaghi模式及Prandtl模式的上限解、Faheem强度折减有限元计算结果、Ukritchon的极限分析有限元计算结果做了广泛的对比。通过对比可以发现,所给出的多块体上限解是所讨论上限解中最优的,计算结果与Ukritchon的极限分析上限有限元计算结果较为接近,而多块体上限方法与Ukritchon的极限分析上限有限元相比,更容易实现,计算量也要小得多。通过大量计算以及与其他方法的对比可以发现,多块体上限方法在黏土基坑抗隆起中的应用是比较成功的。     

预留土基坑支护性状的有限元分析

应用小应变硬化土本构模型对郑州典型粉土地层中的预留土支护基坑的支护性状进行有限元分析,探讨预留土形状参数——顶部宽度、底部宽度等对基坑支护体系变形以及支护桩墙最大弯矩等的影响规律。借助强度折减有限元技术对各工况下支护体系的稳定性进行分析,通过分析强度折减安全系数,支护体系整体失稳与预留土局部失稳的先后关系等,揭示预留土形状参数对基坑支护性状影响的内在原因。并基于有限元计算结果对其它文献中的论断进行研判,分析其正确性和适用范围。分析结论对今后预留土支护基坑的设计以及优化设计颇具指导意义。     

非均质黏土地基隧道环向开挖面稳定上限分析

基于多块体极限分析上限法,推导了不排水条件下饱和黏性土地基中隧道环向开挖面稳定支护压力的计算公式。编制相应的计算程序,优化得到了隧道环向开挖稳定的最优上限解答。通过与已有极限分析上限解答的对比,验证了多块体极限分析上限法在隧道开挖稳定性分析的适用性。对照隧道开挖稳定的最优上限解的变化规律及相应破坏面的形状,详细分析了隧道埋深比、土体重度及强度非均质性对开挖面极限支护压力和因隧道开挖产生的滑动面范围和位置的影响。在此基础上,进一步基于隧道失稳的简化破坏模式推导了黏性土地基隧道开挖稳定的极限支护压力的简化上限解。通过与已有离心模型试验的对比验证,指出本文上限解可直接用于工程中初步确定开挖面支护压力,为隧道工程设计提供可靠的理论依据。     

基坑支挡结构设计若干问题探讨

根据基坑开挖应力路径的室内试验和现场实测数据,从土工试验方法、土体强度指标、地基土水平反力系数等方面分析了现在基坑工程支挡结构设计存在的一些问题。研究成果如下:支挡结构设计参数的获取应考虑主动区及被动区地基土的应力路径,并恢复地基土的固结状态。基坑开挖后主动区和浅部被动区土体抵抗剪切破坏的能力大于以常规CU强度指标的计算结果,这有利于工程安全;深部被动区土体抵抗剪切破坏的能力小于以常规CU强度指标的计算结果,对于地基土被动抗力发挥较大的工程,需验算嵌固深度,确保被动抗力小于极限被动土压力。定义了被动区基坑开挖"强影响区",并给出了该区域深度的计算方法。以相应应力路径下的土体割线模量值作为地基土水平反力系数,讨论推导了作用于支挡结构上的分布土反力与支挡结构水平位移的计算公式,其计算结果更接近工程实际。本次研究对以变形控制为主的基坑设计具有较好的指导意义。     

浅埋矩形隧道掘进面被动失稳混合破坏机制

浅埋条件下矩形隧道顶管法施工中因支护压力波动极易诱发掘进面被动失稳。采用平面分析对该问题进行研究,并建立被动失稳机动破坏机制。该机制是由平面螺旋与平动机动破坏机制组成的混合机制,2种机制间采用离散技术建立速度不连续面进行过渡。基于该机制,采用上限分析法推导出被动失稳支护压力上限解,并通过最优化方法得到了极限支护压力及最优破坏模式。参数分析表明,土体摩擦角对失稳影响较显著,随着摩擦角增加,失稳区域扩大而极限支护压力迅速增大,与此同时,破坏区域中平动模式所占比例增加;黏聚力对失稳模式影响较小,而地表超载增加引起失稳区域扩大,支护压力线性增长。对比分析发现,隧道宽高比较大情况下,基于平面混合破坏机制的上限解与数值解吻合较好,且吻合程度随着宽高比增加而提高。研究表明,平面混合破坏机制有着较好的应用前景,可为相关工程设计施工提供理论参考。     

考虑局部失稳的盾构隧道开挖面#br# 挤出破坏数值模拟与理论分析

通过数值模拟和理论分析,研究了盾构隧道开挖面挤出破坏机理。首先,利用有限元软件进行了数值模拟,揭示了隧道开挖面挤出破坏的局部失稳模式,得到了盾构隧道开挖面挤出破坏的局部失稳比和极限支护压力。此外,还进行了摩擦角和相对埋深对局部失稳比率和极限支护压力的参数敏感性分析。其次,基于极限分析方法,提出了一种考虑局部失稳模式的隧道开挖面挤出破坏新机制。新的被动破坏机理由五个圆锥台和作用在圆锥台上的分布力组成。通过对定义的角度和隧道开挖面局部失稳直径进行数值优化,计算得到挤出破坏模型的上限解,进而研究了摩擦角和相对埋深对局部失稳比的影响。比较了数值模拟和理论分析得出的局部失稳比结果。最后,将获得的被动极限支护压力与现有方法进行了比较,表明新的挤出破坏机理为极限支护压力提供了较为满意的预测结果。     

基于上限分析法的有限宽度土体土压力计算

在基坑支护工程的设计计算中,由于拟开挖基坑距离已有建筑物与开挖深度相比较小,基坑围护结构所承受的为有限宽度土体的土压力,若根据常规的土压力计算,一般会造成偏大的计算结果,造成不必要的浪费。针对基坑工程中有限宽度土体土压力的计算问题,基于极限分析法的上限定理,推导了有限宽度土体的土压力计算公式,并与经典朗肯土压力的计算结果进行了对比,结果表明:有限宽度土体的土压力分布模式和量值与经典的朗肯土压力分布模式和量值存在着明显的差异,应根据不同土质、有限土体的宽度与基坑的开挖深度之比来计算土压力。     

非线性破坏准则下浅埋隧道掌子面三维被动稳定性能耗分析改进方法

 通过引入圆锥椭圆截交线计算公式,改进浅埋隧道掌子面三维被动破坏多椭圆锥体几何参数的计算方法。基于非线性破坏准则和极限分析上限法,推导浅埋隧道掌子面三维被动支护力的上限表达式,并进一步采用非线性规划程序优化计算获得了极限支护力最优上限解。通过对比分析,验证本文方法的可靠性;同时分析非线性抗剪强度参数对被动破坏极限支护力和破坏模式的影响,并绘制相应的破坏模式图。研究表明：被动破坏极限支护力与地面超载?s及地层容重?大致呈线性变化,而与非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t及超负荷比C/D呈非线性变化;非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t和超负荷比C/D对破坏模式影响显著,而地面超载?s对破坏模式影响则较小。研究成果为隧道掌子面稳定性分析提供一种新思路,进一步完善了隧道掌子面稳定性评价体系。     

基坑工程中双曲线土压力模型研究

基于传统双曲线土压力模型,通过基坑主动区和被动区变形理论,把双曲线土压力模型中的土压力和基坑变形区域的平均应变相关联.通过推导,把双曲线土压力模型和Duncan-Chang本构模型联系起来,使得文中双曲线土压力模型的参数确定方法可用Duncan-Chang参数确定过程实现.并从模型中可以反映出:弹性抗力系数和初始弹性抗力系数Kmax、破坏比Rf、破坏应力pf、当前土压力P有关系.基坑工程算例表明,该模型能反映基坑开挖中土压力随围护结构变形的变化过程.     

考虑孔隙水压力效应和非线性破坏准则的 浅埋地下洞室支护力上限分析

由于孔隙水压力的作用,位于饱和土体中地下结构的力学和变形特征与完全干燥土体中的结构有很大不同。根据浅埋地下洞室的非线性破坏特征构建了一个新的曲线形破坏机制,并将孔隙水压力做的功率作为一个外力功率引入极限分析上限定理的虚功率方程中,推导了孔隙水压力作用下饱和土体中浅埋洞室支护力和速度间断线上限解的解析表达式。利用变分原理,对此支护力的上限解进行了优化计算,得到了支护力的最优上限解,并对单一影响参数变化下的支护力随埋深变化规律和洞室顶部塌落面的形状进行了研究。研究结果表明：孔隙水压力对饱和土体中浅埋洞室的支护力和塌落面均有重大影响;支护力和塌落面都随孔隙水压力系数的增大而增大。     

刚性悬臂护坡桩的设计计算方法探讨

刚性钢筋混凝土悬臂护坡桩及刚性悬臂挡土墙的设计计算方法是高层建筑下深挖基坑的各种支护结构设计计算问题的最基本形式。本文在工程实测及模型试验的基础上，应用实用的计算原理，以极限承载力理论分析悬臂的钢筋混凝土灌注桩等刚性支护结构的极限状态，从而提出一套实用计算方法，计算这种支护结构在开挖过程中被动土压力区的土抗力以及开挖引起的桩的侧向位移，还分析研究了极限状态下的侧向位移及计算方法。     

基于midasCivil的基坑支锚结构弹性支点法模拟分析

极限平衡法假定了基坑内侧的土抗力为被动土压力状态。对于有支撑的支护结构等值梁法,支点力的计算假定与支点刚度系数是无关的,在使用上受到较大的限制,从理论上也无法反映支护结构的真实工作状态。因此,考虑支撑点刚度及土体变形与应力状态的弹性支点法是一种趋势。弹性支点法分析计算可采用midasCivil中面弹性支承理论作为土体和支挡结构的接触边界条件,通过分析位移结果值,结合规范求解支撑反力和被动侧分布土压力,应用于工程设计中。     

坑内预留土作用下多支点支护结构的变形内力计算

基坑围护结构内侧预留土可有效减小围护结构内力和变形,且设置灵活,在工程中应用日益广泛。为了分析坑内预留土对多支点支护结构的作用效应,首先,基于三参数地基弹性梁模型,根据支护结构沿竖向受力模式的不同,给出了一种考虑坑内预留土作用影响的计算分析模型及控制方程组;在此基础上,通过桩身离散和矩阵传递法,推导建立了多支点支护结构内力变形计算的矩阵表达式,并给出半解析解答方法;最后,采用该方法对工程实例进行计算,并对坑内预留土设置宽度、高度的影响规律进行了分析,验证了方法的可行性,可为支护工程设计施工提供参考。     

基坑支护位移对土压力的影响

基坑支护设计中,准确计算土压力是保障基坑支护安全的前提。而经典朗肯极限土压力计算,其支护结构所对应的极限位移值往往较大,超过了基坑工程实际所允许的最大位移量,故而采用极限土压力有一定的局限性。通过采用横向受荷载桩的P-y曲线进行推导,并假设支护结构的位移按倒三角形分布,得到简化的位移土压力计算方法。通过与工程实际监测数据的对比分析,该计算方法能更准确的分析基坑支护土压力,具有一定的工程实践意义。     

承压水作用下岩质地层基坑抗突涌安全厚度研究

受下部承压水作用,基坑开挖后坑底发生突涌破坏是普遍存在的工程灾害。为保障基坑安全,设置足够的坑底厚度是阻止此类破坏的关键。基于塑性上限定理,将坑底突涌破坏范围分为上部被动区与下部剪切区两部分,分析了岩质地层中基坑突涌破坏机制。进一步,基于Hoek-Brown强度准则,推导了突涌破坏面曲线方程解析表达式,并给出了基坑临界安全厚度与承压水压力的理论预测公式。在此基础上,分析得到了被动区厚度、承压水压力、岩体强度参数等对基坑安全厚度及破坏范围的影响规律,并与现有研究方法、数值模拟得到的结果进行对比,验证了所提出方法的有效性。结果显示,基坑临界安全厚度与承压水压力、岩体经验参数等正相关,与被动区厚度、经验参数、岩体抗压强度、抗拉强度和重度等负相关。     

论深基坑支护的空间效应

深基坑是一个复杂的三维空间问题。本文借助于坑壁土体的三维破坏模式，基于土的塑性上限理论及极限平衡分析理论，探讨了两坑壁端部对坑壁支护结构上土压力的整体屏蔽作用，提出了考虑空间效应的土压力计算公式。该计算公式可用于基坑护坡桩、地下连续墙等支护系统的设计。     

基坑支护结构的非线性土抗力分析法

考虑基坑开挖过程中土体和支护墙的非线性相互作用特性 ,提出了一种合理模拟基坑施工过程的支护结构内力和变形分析的土抗力法。该方法在地基土抗力和土压力的模拟上优于现行的弹性地基梁法 ,使计算结果比较符合实际     

刚性桩横向承载力的三维极限分析

根据试验中观察到的土体破坏模式，建立了相应的破坏机构，用上限法对c-φ土中刚性桩的横向承载力进行了三维极限分析。将破坏土体分为3个塑性变形区，假设了满足运动边界条件的合理速度场，建立了求解光滑刚性桩横向承载力上限解的数学模型。通过极限分析发现光滑刚性桩承载力的上限解与差分解相差不大，并利用由有限差分法得到的规律对光滑桩承载力的上限解进行了修正，得到了粗糙桩承载力的粗略解。三维极限分析为计算刚性桩横向承载力提供了一种简便有效的方法。     

软黏土地层盾构隧道开挖面稳定性离心试验研究

针对软黏土地层中隧道开挖面稳定性开展离心模型试验,由远程控制模型推进模拟隧道开挖面被动渐进破坏。通过数字图像处理分析技术对开挖面被动渐进破坏模式进行了探究,结合相应数值模型对比,分析了开挖面极限支护压力以及地表变形规律。研究结果表明:在开挖面被动破坏状态下,隧道仰拱处首先出现与水平方向近似成45°+φ/2向上发展的滑动破裂带,当其发展接近隧道拱顶时,拱顶滑动破裂带形成,两滑动破裂带呈漏斗状向上逐步发展至地表;随着模型向前推进,开挖面压力前期呈现线性快速增长趋势,随后土压力增速逐步减小,开挖面压力值最终趋于稳定,分析确定软黏土地层开挖面被动破坏状态下的支护压力可控制在1~1.9倍的静止土压力;开挖面被动破坏会引起前方地表产生隆起。     

基于统一强度理论的土压力极限上限分析

基于统一强度理论,采用塑性极限上限分析方法,建立了土压力问题的多三角形破坏机构,推导了基本计算公式,并编制了程序对土压力问题进行了研究。得到考虑中间主应力效应的土压力计算公式,通过改变统一强度理论参数,可获得一系列计算结果,并与已有研究成果进行了对比分析,表明计算结果合理,是一种严格的上限解。同时本文的计算方法可进行强度理论效应的研究。