考虑支护结构变形的基坑土压力计算

针对基坑土压力计算存在的不足,基于朗肯土压力理论,建立了考虑支护结构与土体相互作用的土压力计算模型。结合温克尔假定,推导出考虑基坑支护结构变形的非极限主动、被动土压力计算公式。同时,对支挡式基坑支护结构的变形分布进行了简化,提出了适用于支挡式基坑支护结构设计阶段的土压力简化计算方法。     

土体位移对支护结构土压力分布的影响

基坑工程中,墙体在墙后土体压力作用下,将产生较大的位移和挠曲变形,引起土压力重分布。文章针对基坑支护结构的工作特点和土体的具体情况,对朗肯土压理论的合理性和局限性进行了有益探讨,指出朗肯土压理论在支护结构土压力计算上的不足。在充分考虑支护结构-土相互作用的基础上,建立了土压力与墙体位移的关系曲线,并考虑土拱效应引起的应力重分布,得到了考虑位移的土压力计算方法,并通过工程中实测位移不断修正土压力值,能计算非极限状态下土压力的动态值。     

非饱和土大气张力通用公式与朗肯土压力

推出了大气张力朗肯土压力通用公式及其特例。非饱和粘性土的算例表明:由于水气不抵大气压强自重应力的存在,大气张力朗肯主动和被动土压力都比水土合算经典朗肯土压力的大。但是,基坑内侧还作用着大气压强。将其与大气张力朗肯土压力叠加,在基坑上段,扶住支护;在基坑下段,威胁支护。将叠加结果与水土合算经典朗肯土压力比较,对支护的威胁较小。还推出了一般土的饱和度系数的近似计算方法。     

基于弹性理论的有限位移条件下挡土墙上土压力解析

经典土压力理论都是通过研究弹性半空间体内的应力状态,根据土的极限平衡条件和楔体的静力平衡条件而得出的。因土具有蠕变及固结特性,所以产生主动土压力和被动土压力的时机都是暂时的,从长久角度来看,因蠕变及固结现象作用在挡土墙上的土压力也都是非极限平衡条件(有限位移)下的土压力。为计算有限位移条件下作用在挡土墙上的土压力,依据线弹性本构理论建立了有限位移条件下挡土墙上的土压力计算式,引入Duncan-Chang非线性弹性模型中的切线模量来反映土体模量随围压的变化,并推导出发生朗肯主动土压力、静止土压力、主应力方向偏转、朗肯被动土压力的界限应变,依据这4个界限应变将作用在挡土墙上的土压力分为5个状态分区,即主动破坏状态区、有限位移主动土压力状态区、主应力反转前有限位移被动土压力状态区、主应力反转后有限位移被动土压力状态区和被动破坏状态区。通过将所提公式的计算结果与模型试验结果对比分析,得出如下结论:当挡土墙产生水平平动位移、绕墙脚的转动位移和水平平动+绕墙脚转动组合位移时,土压力分布均呈非线性分布,且不同位移下土压力随墙深度的计算值与实测值基本一致,说明提出的有限位移条件下土压力的计算式能够很好地应用在实际工程的挡土墙设计中。     

粘性土压力计算公式的修正

根据挡土墙后滑动楔体的力系平衡分析,导出了粘性土压力的一般计算公式,修正了朗肯土压力理论计算出的主动土压力偏大的误差,不仅使计算结果更能反映出挡土墙的实际受力,而且能降低工程造价。根据朗肯土压力理论设计计算挡土墙或基坑支护中的主动土压力都偏大,导致这些支挡结构     

基于上限理论的预留土支护基坑极限抗力分析

预留土支护基坑被动区的抗力大小与分布是预留土支护基坑分析设计的基础,但目前还没找到预留土支护基坑被动区抗力计算的合理方法。根据预留土支护的特点,基于极限分析上限理论,运用竖向条块对预留土支护基坑被动区进行离散,并构建相容速度场,从而提出了预留土支护基坑被动区极限抗力的上限解法。借助优化技术对相容速度场的优化分析获得了预留土支护基坑被动区抗力的最优上限解。为检验所提出上限解法的合理性,对不同挡墙高度、地质参数等条件下的被动土压力进行了计算,并与经典朗肯理论解的土压力值以及破坏面进行对比。应用所提出的预留土支护基坑被动区抗力上限方法,对不同预留土顶部宽度、预留土底部宽度、预留土高度以及预留土边坡坡度系数等参数条件下的被动区极限抗力值、极限抗力沿深度的分布以及破坏面进行了计算分析,讨论了这些参数对预留土支护基坑被动区抗力以及破坏面的影响规律。所提方法为今后预留土支护基坑的设计以及优化设计奠定了基础。     

粘性土基于室内模型试验土压力分布形式的研究

针对朗肯土压力理论与实际相差较大,本文以粘性土为材料,在室内采用悬臂支护,模拟基坑开挖过程,量测开挖过程中土压力及支护结构位移的变化,与朗肯理论对比,得出总主动土压力实测比理论小约11%;被动区在坑下(0.15～0.2)倍开挖深度范围内,实测值与理论值接近,其下小于理论值,总被动土压力实测比理论小约24%;在试验基础上,建议了一种粘性土土压力分布形式。     

基坑工程桩墙结构主动土压力研究

基于极限平衡理论,利用单元分层法对基坑工程桩墙围护结构（水泥搅拌桩、地下连续墙等）主动土压力作了详细分析,推导出新的主动土压力强度、主动土压力系数的理论公式。对比朗肯、库伦主动土压力公式,结果表明新的主动土压力理论公式计算值较库仑主动土压力公式计算值略小。通过与室内砂土悬臂结构土压力实测值比较,表明采用本文方法计算的主动土压力更加接近实测值,具有较好的工程指导意义。     

基坑支护设计中的若干问题探讨

 对基坑倾斜坡面的主动土压力计算方法、桩锚支护结构的锚杆水平弹簧系数的计算方法以及桩锚支护结构计算主动土压力应否考虑桩、土间的摩擦力等存在异议的问题进行理论分析和简化计算公式的推导,提出基坑倾斜坡面的主动土压力、桩锚支护结构的锚杆水平弹簧系数和考虑桩、土间的摩擦力的主动土压力计算公式。基坑倾斜坡面的主动土压力可以直接采用建立在极限平衡理论基础之上的计算公式计算,而无需采用先计算朗肯主动土压力再进行修正的计算方法。桩锚支护结构中的锚杆头部一般不可能发生竖向位移,可假定锚杆轴向伸长量等同水平伸长量,以此假定计算锚杆水平弹簧系数比较合理。用算例对所推导的计算公式和现行规程的计算公式进行计算比较,工程现象及算例结果均表明,不管是土钉墙还是桩锚支护结构,现行规程土压力计算公式未考虑墙(桩)、土间的摩擦力,计算的主动土压力偏大;现行规程计算的桩锚支护结构的锚杆水平弹簧系数偏小。因此,设计的支护结构均偏安全,不利于控制工程成本,应根据工程实际情况进行适当优化。     

梯形截面有限土体被动土压力计算研究

基于塑性流动理论建立梯形截面有限土体被动土压力计算模型,揭示梯形截面有限土体被动土压力与半无限空间被动土压力的比例关系及模型参数对之的影响规律,并通过对某基坑支护加固工程的朗肯土压力理论及模型计算结果的对比及案例分析,论证梯形截面有限土体被动土压力对基坑(边坡)稳定的作用,验证模型的计算结果。     

成都砂卵石地层桩锚支护侧土压力实测分析

为了得出砂卵石地层条件下实际作用于支护结构上的土压力分布模式,基于成都典型砂卵石地质条件的现场监测数据,对深基坑开挖过程中实测土压力进行分析研究。结果表明：砂卵石地层条件下实测土压力呈类波状的非线性分布;桩顶下约3 m范围内实测土压力位于朗肯主动土压力与静止土压力之间;距桩顶约3 m以下的实测土压力远小于朗肯主动土压力;水平位移对圈梁和基底处的土压力的影响很小,并分析了出现这种情况的合理性,对类似深基坑支护体系的设计具有重要的参考价值。     

深基坑锚拉桩上外荷载及其受力变形开挖响应

在基坑的整个开挖过程中,锚拉桩上作用的外荷载是不断变化的,研究支护桩所受土压力和锚索拉力的变化规律及其内力变形开挖响应,对优化桩锚支护结构的设计、保证开挖过程中基坑的稳定性具有十分重要的意义。结合重庆市某深基坑工程,通过FLAC^3D数值模拟、现场监测的方法,分析了在基坑分步开挖过程中锚拉桩所受的土压力和锚拉力的变化规律,以及桩身变形和弯矩随基坑开挖的变化。结果表明:数值分析与现场监测所得规律较为符合;在开挖过程中,支护桩所受的土压力值逐渐由静止土压力向主动土压力转变,开挖完成后呈现“上下小,中间大”的分布特征,最终作用的土压力小于经典理论计算值;锚索预拉力在初始张拉锁定后较短时间内即发生25%~35%的损失,在开挖期间呈现波动增大的趋势,最后稳定值大致为初始预拉力的80%;桩身弯矩和变形的分布形状协调一致,均为朝向基坑开挖侧的外凸型,最大值出现位置经历“从上往下再往上”的变化轨迹。     

北京地区非饱和土土压力初步研究

根据朗肯土压力理论,北京地区土压力计算值远大于实测土压力值。针对这个急需解决的问题进行了探讨,引入广义朗肯土压力公式,结合北京地铁13号线东直门车站基坑支护工程,对理论计算土压力和实测土压力进行了详细的分析,给出了该地区非饱和土土压力计算的基于试验指标的广义朗肯土压力表达式。     

基于离心机模型试验的超深基坑受力变形研究

随着我国城市建设的发展,超深基坑不断涌现,然而开挖过程中土压力的分布以及围护结构的受力、变形模式的不确定性等问题为基坑的设计与施工带来了巨大的麻烦。为解决这些问题,本文以深圳某深隧系统工程的闸门井基坑为原型,通过离心模型试验结合有限元分析研究了其方形与圆形两种设计方案。实验表明,圆形基坑具有明显的土拱效应和环向刚度,土压力、弯矩、围护结构变形和地表沉降都小于方形基坑。2种基坑方案中深度效应都表现明显,变形沉降最后趋于稳定。土压力沿深度方向均呈非线性分布,由静止土压力逐渐向主动土压力发展,并且变形模式都为中间大两端小。实验后使用有限元方法进行数值模拟。2种方法即相互验证又相互补充。     

软土基坑设计若干关键问题探讨及基坑设计实例应用分析

珠三角地区的软土具有含水量大、压缩性高、承载力低等特性,这对基坑工程的设计和施工都提出了更高的要求,因此软土深基坑在复杂环境下的支护设计已成为岩土工程的一个新课题。针对软土基坑的特殊性,本文探讨软土基坑设计的4个关键问题：(1) 采用增量法分析支护结构的受力和变形过程;(2) 考虑锚杆或锚索等的预应力作用时,预应力使基坑主动侧的土体受压,因此主动侧土体应该等效成弹簧,弹簧是否参与作用要根据结构的位移来判断;(3) 当放坡开挖存在软弱下卧层地基时,不仅要验算其整体稳定性,还应验算地基的稳定性或承载力;(4) 针对双排桩支护结构的受力和变形的研究,还存在许多问题有待进一步完善,结合具体工程,提出双排桩简化计算方法。很多软基工程事故也说明,这几个关键问题如果没有被考虑和重视,则基坑存在安全隐患。最后,以2个软土深基坑设计为案例,以上述的几个关键问题的解决方法为理论支撑,验证其合理性,并详细分析软土深基坑采用多种支护形式的设计方案,为类似工程提供指导。     

黏性土主动土压力计算方法研究

以朗肯土压力理论为基础,通过各种假设条件及理论推导,得到了两种黏性土主动土压力修正公式。与实测土压力值比较分析得出:计算方法一的结果小于朗肯土压力值,同时又大于实测值,在保证工程安全的前提下提高了经济性。由于土体极限开裂深度与土体抗拉强度的计算采用的是经验公式,使得公式在理论上不太严密,有待进一步研究。计算方法二对于土体较浅的工况,其安全性有保证,也能达到较好的经济性。在已知土体抗剪强度实际规律的情况下采用该思路进行计算,其结果的普适性将更强。两种计算方法均在一定程度上解决了黏性土采用朗肯主动土压力计算比实测值偏大的问题,可为类似的工程设计与研究提供一定的参考。     

某深基坑支护结构的数值分析

结合工程概况,通过对某深基坑工程的数值分析,得出了深基坑土体压力、变形规律以及支护结构的受力变形规律,为设计方案的可行性提供了依据,更为深基坑支护设计提供了参考。     

支护桩与地下主体结构相结合的永久支护结构

为研究基坑支护桩在永久工况下的使用价值,对济南市某基坑桩锚支护结构进行永久化设计,通过设置支撑构件将支护桩与地下主体结构相连,形成共同抵抗坑外侧向土压力的永久支护结构体系,借助PLAXIS-3D有限元软件对该结构进行全工况模拟。结果表明:永久支护结构可有效减小地下室外墙土压力,基坑外侧土压力主要由支护桩承担,地下室外墙只承担少量回填土体的侧土压力,只需按构造要求设计;换撑之后,桩身弯矩和基坑外地表沉降均有明显增加,对支护桩受力和周边建筑环境均产生不利的影响,对支护桩设计提出更高要求;裂缝计算结果显示支护桩满足现有规范对混凝土结构耐久性的要求,为永久支护结构的推广奠定基础。     

流固耦合对基坑开挖变形性状的影响研究

通过ABAQUS有限元模拟软件分别建立了考虑渗流影响和不考虑渗流影响的基坑开挖非稳定渗流有限元模型,采用修正剑桥模型并考虑支护桩与土体的接触作用,研究了支护结构侧向变形、坑外地表变形以及坑底隆起量随着基坑开挖的变化规律。然后将两个模型的支护桩及基坑变形性状进行对比,发现渗流—应力耦合作用下的基坑变形大于非耦合情况下的变形,说明考虑渗流应力耦合的数值模拟方法能够较好地模拟基坑降水引起的支护结构及基坑土体变形特征。最后,为控制基坑变形和保护周围环境,在考虑渗流—应力耦合作用的基础上又研究了预留反压土对支护结构的作用及对基坑变形的影响,结果表明,基坑内侧预留反压土堤可有效降低基坑及支护结构的变形。