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.     

考虑邻近结构阻隔影响的基坑开挖前降水引发地层变形的特性

依托天津某地铁车站基坑实测资料开展一系列数值模拟研究,考虑邻近结构阻隔影响,探讨在坑外有/无地下结构及既有地下结构与基坑不同间距条件下开挖前降水引发的围护结构及坑外土体变形特性,通过对比各工况下基坑围挡与坑外土体变形模式、最大围挡侧移与最大地面沉降发展规律、墙后地表沉陷与基坑围挡侧移的面积关系等,揭示邻近结构对开挖前抽水引发基坑变形的影响机理. 研究表明,坑外地下结构的存在对地层运动发展有一定阻隔作用,且地下结构与基坑间间距越小,这种阻隔效应越明显;地下结构对其后方地层变形具有牵引效应,导致地下结构后方出现明显沉降槽,但随着地下结构与基坑间间距的增大,牵引效应不断减弱. 阻隔、牵引效应发挥的临界值分别为1倍、2倍的目标降水深度;当地下结构与基坑间间距处于相应临界值以内时,在基坑设计中应考虑阻隔与牵引效应的影响以得到更合理的支护与施工监测方案.     

受限的桩锚与土钉联合支护结构的计算模式

桩锚支护结构主要依靠锚杆预应力承载并显著减小坑壁侧移,土钉支护主要依靠对坑壁土体的加强来减小土体侧压力并承载,将二者有机地联合起来成为一个共同承载的整体是目前基坑支护工程中常用的结构形式.在坑壁土压力及地面超载作用下,桩锚与土钉作为一个整体共同抵抗荷载和变形,但实际工程中基坑支护结构的可用空间常受到场地限制.根据桩锚和土钉联合支护结构的受力特点、施工特点及设计规范的相应要求,考虑预应力锚杆自由段长度与土钉直线破裂面间的协调关系,按照总锚固力等效原则,研究总结了受限的联合支护结构的设计计算方法,对受场地条件限制的基坑工程支护和开挖具有一定的理论指导意义.     

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。     

湿陷性黄土中基坑支护的数值模拟分析

以河南省洛阳市某湿陷性黄土基坑工程为例,结合其所在区域的地质条件、周边环境等,采用了桩锚支护的基坑支护方案。针对该支护方案,应用有限差分程序FLAC3D建模分析了不同工况下支护结构和坑周土体的变形规律,得出了坑周土体的位移随着距坑距离的增大逐渐减小;支护桩的水平位移随着开挖深度的增加,桩顶处位移不断增大,而桩底部的位移越来越小;坑周地表沉降和水平位移及支护结构变形均满足设计要求。同时,研究了湿陷性黄土对桩土位移的影响,结果表明,该支护方案较为合理,桩锚支护结构对深基坑的变形起到了很好的控制作用。研究结果可为黄土地区湿陷性条件下的基坑支护技术及理论研究提供参考。     

方形基坑尺寸效应对长短桩围护结构支护效果的影响

为研究方形基坑尺寸效应对长短桩围护结构支护效果的影响,以某桥梁承台基坑为依托,采用数值分析手段,通过现场实测对选用参数进行验证,依托选用参数拟定不同平面尺寸计算工况,通过地层应力与桩后土压力变化分析其尺寸效应;通过对比长短桩围护结构与等长桩围护结构的变形受力差异,探明尺寸效应对长短桩围护结构支护效果的影响。结果表明：当方形基坑尺寸较小时,在坑边一定距离处会形成连续、封闭的“类圆形”拱区域,存在与圆形基坑中环箍效应相似的“类环箍效应”,算例表明该效应在边长大于18.0 m后环箍断开,效应消失;当拱区域封闭为环箍时,围护结构桩后土压力显著降低,当其不封闭时,土压力增长,坑边中部桩后土压力增长量大于坑角处;长短桩围护结构的支护效果在尺寸效应越强的方形基坑中降低越少,基坑的尺寸效应对其变形及稳定有利,算例中边长小于等于14.4 m的基坑可充分利用其尺寸效应,采用长短桩代替等长桩围护,做到绿色环保。     

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.     

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．     

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。     

基于时空效应的基坑施工有限元研究

利用考虑时空效应的被动区土体等效弹性基床系数代替实测土体基床系数,并用土弹簧简化土体对支护结构的侧向压力,对基坑开挖进行全过程三维模拟。这种考虑软土自身抵抗变形能力的时空效应计算方法有着省时并易于收敛的优点,结果也与实测数据较为吻合。同时,分析了超挖对基坑施工的影响。     

桩锚与土钉联合支护结构中的土压力分配模式

桩锚与土钉联合支护结构中,土压力在桩锚和土钉之间的分配是联合支护结构设计的关键所在.土钉对土体的加强将使直接作用于桩锚结构上的土压力得到显著减小,从而降低桩锚结构中的锚杆应力水平,减短排桩插入土中深度.通常情况下桩锚与土钉联合支护结构的基坑边壁侧移很小,土钉长度范围内一般不会出现显著的破裂面,此时土钉支护部分可视为土压力向桩锚结构传递过程中的中间单元.据此可计算桩锚与土钉联合支护结构中土压力在二种支护结构间的分配及联合支护结构的协调变形问题.通过工程实例基坑边壁侧移的计算和监测结果对比,验证了土压力分配模式的工程适用性,对同类支护结构的设计计算具有一定的参考价值.     

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.     

地下水对基坑工程影响的数值分析研究

研究了均质土中不同地下水条件对基坑工程性状的影响,得出了一些对工程实践具有指导意义的结论:地下水渗流扩大了基坑周围土体水平位移和竖向位移的影响范围;地下水渗流使得坑外主动区有效应力增大,坑底被动区有效应力减小,导致坑外地表沉降和坑底隆起变形量增大。研究表明,渗流作用引起的地表沉降最大值发生在坑外约3倍基坑开挖深度处。     

狭长型基坑工程坑底抗隆起稳定性分析

针对狭长型基坑的特点,提出基坑坑底抗隆起稳定分析方法.对比常用的4种坑底抗隆起稳定分析方法及其异同点,结合2个实际工程进行相关算例的分析,指出在软弱土地基中规范要求的抗隆起稳定安全系数偏高;针对现有方法在狭长型基坑稳定分析中的局限性,提出考虑基坑宽度影响的坑底抗隆起稳定计算方法,分别探讨淤泥质土和粉土地基中基坑宽度、支护结构插入深度、开挖深度、土体抗剪强度指标和被动区加固等因素对狭长型基坑稳定性的影响.分析结果表明:采用该方法可以避免狭长型基坑中圆弧滑动面穿过对侧支护结构的问题,合理地考虑基坑宽度等因素对基坑稳定性的影响.     

柔性桩黏性土的非极限主动土压力

以柔性桩支护的黏性土基坑边坡为研究对象,考虑桩后土拱效应、非极限状态下桩土内摩擦角和黏聚力发挥值、桩后土体内摩擦角和黏聚力发挥值的影响,从黏性土应力莫尔圆出发,采用微层分析法建立静力平衡,搜索桩后土体潜在滑动面,推导柔性桩黏性土的非极限主动土压力计算式。通过实例计算对比分析了本文计算理论与经典Rankine计算理论,本文计算方法计算得到的主动土压力大于Rankine计算值,合力作用位置高于Rankine计算值,潜在滑动面范围小于Rankine极限状态滑动面。     

小尺度井结构基坑墙后土压力的坑角效应

为研究小尺度井结构基坑墙后土压力的坑角效应,通过对井结构基坑进行室内模型试验及FLAC3d数值模拟,研究了井结构基坑墙后土压力的空间分布和墙后土压力坑角效应对围护结构内力的影响,分析了基坑尺度对墙后土压力坑角效应的影响规律.结果表明:1.5H深度以内墙后土压力分布具有坑角效应,且不同尺寸井结构基坑坑角效应的影响范围在离坑角0.2H以内;坑角效应使得角部水泥土剪应力较大;当L/H(主墙长度与挖深之比)≤1.5时,坑角效应主要受L/H的影响;L/B(主墙长度与附墙长度之比)对坑角效应影响不显著.     

深基坑工程中考虑开挖深度和时间效应的土压力计算公式的探讨

根据土体特性及深基坑工程的实际特点，在分析了经典土压力理论和近年来新出现的压力计算模型的基础上，运用曲线拟合的方法并结合考虑土体蠕变等特点，初步 探讨了考虑开挖深度和时间效应的土压力计算公式的建立。研究表明，该公式对实际工程的数据是一种实用有效的分析方法。为土压力的计算分析提出了一种新思路，是对经典土压力计算公式的有益补充。     

双排桩复合重力拱支护体系的工作机理分析

双排桩与水泥土重力拱复合形成新的支护体系,可充分发挥其重力效应,将靠近坑底部分较大的土压力直接通过重力拱支护向下传至深部土体,中上部土压力通过拱形支护传至抗侧移刚度较大的双排桩支护结构从而充分发挥复合支护体系各部分的承载功能和效益,同时满足高地下水位时基坑截水设计要求.针对其构造特点选取合理的理论分析模型,通过分析复合支护体系上的土压力传力路线,研究双排桩复合重力拱支护体系的工作机理,为该类复合支护结构的工程应用和设计计算理论的建立奠定一定的理论基础.     

基坑开挖及降水对坑外地表沉降的影响

考虑降水、支护结构变形以及基坑隆起3个因素引起的基坑周围土体的沉降,根据降水引起土体沉降的机理,运用修正的分层总和法单独计算出由降水引起的周围土体沉降。通过研究基坑开挖引起坑外土体沉降的规律,推导出由基坑开挖引起的坑外土体沉降理论公式。把降水引起的沉降及基坑开挖引起的沉降进行叠加,加入修正系数,最终以简化的理论公式合理地计算出基坑周围土体沉降。具体工程验证表明,推导的理论解析解与实测数据十分接近,能有效预估基坑周围土体沉降,为施工方案编制提供可靠的理论依据,最大限度减少基坑施工对周围环境的影响。     

基于支护结构位移计算土压力的方法

目的为了计算支护结构在设计侧向位移或基坑开挖过程中实际侧向位移条件下支护结构上作用的土压力．方法根据土压力和位移关系的一般规律，将作用于基坑支护结构上的土压力和支护结构的侧向位移曲线用双曲线函数表示；仿照文克尔地基模型的部分假设，将支护结构两侧土体用非线性弹簧模拟．结果建立了基于支护结构侧向位移的土压力计算公式．结论算例表明，按该公式计算的土压力值与工程实测值符合较好，且公式简单实用．