承压水基坑抗突涌稳定判定方法研究

 以离心模型试验提出的承压水基坑突涌模式(整体顶升破坏、表面砂沸破坏及接触面涌水涌砂破坏)为基础,借助数值模拟、理论分析的手段,研究基坑发生突涌的判定方法。结果表明：基坑发生整体顶升突涌的破裂面形式主要有2种：铅直面以及与隔水层呈45°+ 的圆弧面,在此基础上建立破裂面抗剪力的计算公式,推导基坑发生整体顶升突涌的定量判定公式;根据承压水基坑发生表面砂沸突涌的机制及土体的拉剪强度指标,推导基坑发生表面砂沸突涌破坏的判定公式。通过与室内试验结果对比可知,该判定公式具有一定的适用价值。     

软土地区基坑突涌破坏影响因素的试验研究

借助离心模型试验和室内模型试验,对影响基坑抗突涌稳定性的隔水层性质、桩类型及平面布置、基坑平面尺寸等因素进行了系统研究。研究结果表明:上海地区的灰色淤泥质黏土隔水层易发生整体顶升破坏,暗绿色粉质黏土隔水层发生表面砂沸破坏的概率较大;基坑内存在桩时,基坑主要发生接触面涌水、涌砂破坏;在保证灌注桩施工质量以及预制桩与周围土体充分固结的情况下,桩对基坑抗突涌稳定性具有积极的作用;同时基坑平面尺寸对基坑抗突涌稳定性也具有明显作用。     

承压水影响下深基坑突涌判定方法的对比研究

针对常州地铁车站深基坑工程,开展了数值模拟和解析法判定基坑突涌的对比研究,获得了以下研究成果:基坑突涌的机理为隔水层厚度过小,将无法抵抗下方承压水顶力,在隔水层和承压含水层界面处产生裂缝并持续发展直至贯通;均质连续体分析法认为土体内部发生顶升剪切破坏导致了基坑突涌,而隔水层拉裂破坏判别法则认为隔水层表面土体发生拉裂破坏导致了基坑突涌,建议隔水层临界厚度取以上两种方法计算的大值;结合《建筑基坑工程监测技术规范》的建议报警值,相比于基于强度破坏的判定标准,基于变形控制判定标准的基坑突涌数值模拟能提出更为合理的隔水层临界厚度值.     

内撑式深基坑承压水抗突涌稳定数值模拟技术

承压水作用下,内撑式深基坑的突涌稳定状态与围护墙水平位移、土压力分布及坑底回弹变形等因素密切相关。建立了深基坑突涌稳定的数值分析模型,分析不同承压水位作用下的坑底突涌破坏机制、稳定性及相应的基坑变形性状,并与已有分析方法作对比。分析结果表明,承压水作用下,基坑围护墙内侧隔水层表面剪切应变最大,是突涌破坏的最危险位置。随着坑底承压水位的升高,隔水层内的剪切应变增量逐渐变大并向下部土层发展,最终在隔水层与承压含水层界面处产生楔裂破坏,隔水层整体顶升破坏。同时,基坑变形状态表现为,围护墙弯矩和水平位移逐渐增大,被动侧土压力逐渐减小,最终围护墙发生踢脚破坏,坑底土体大量隆起回弹。相对于压力平衡法和均质连续梁板法等理论方法,数值分析方法可以分析坑底土体的突涌渐进发展过程,较好地反应内撑式基坑抗突涌稳定性与围护墙及土体变形性状的相互影响,计算结果更为符合工程实际。     

软土地区承压水基坑突涌稳定计算法研究综述

总结了承压水基坑既有突涌稳定分析方法,分析每种方法存在的不足.最后分析指出,软土地区承压水基坑抗突涌稳定分析,应从坑底土透水性和土体发生突涌破坏的机理着手.坑底为不透水层土时,应从土体发生突涌塑性破坏的角度进行分析;坑底为弱透水层土时,应从土体发生突涌渗透破坏的角度进行分析.     

承压水地层基坑坑底压拉突涌评价与物理试验

基于基坑坑底隔水层在承压水作用下承受过量弯矩发生压剪破坏或拉裂破坏假设,分别推导出了考虑土体抗剪强度和抗拉强度的基坑突涌判别公式。与现有的基坑突涌判据认为基底隔水层边缘最先发生破坏的结论不同,本判据认为基底隔水层中间部位最先发生破坏。并通过简易的基坑突涌物理试验,试探性验证了基坑基底中间部位最先发生破坏的现象。依托实例,基底隔水层临界厚度计算结果表明,除与压力平衡法的计算结果差别较大外,与其他基坑突涌评价方法的计算结果均较为接近。仅就算例和模型试验来看,利用该判据理论进行基坑突涌分析比目前规范规定的分析方法更接近实际,但需经大量工程实践的检验。     

承压水基坑突涌的水力劈裂

突涌是基坑工程施工过程中常遇的主要灾害之一。现有的承压水基坑突涌稳定分析方法均不能反应突涌破坏机理。从水力劈裂的机理入手,建议承压水基坑突涌问题应考虑应力-渗流场耦合作用。在 Biot 固结理论基础上,建立了基坑突涌分析水力劈裂耦合模型,考虑了土体物理力学性质的动态演化。试图通过分析工作面推进过程中基底土体应力场和渗流场的变化,来判断突涌发生的可能性。研究结果表明：突涌始于基底隔水层所发生的张拉破坏,基底周边是发生突涌的危险位置;渗透弱面（初始张拉裂缝）的水压楔劈效应所导致的水力劈裂为基坑突涌提供了通道;高水压力的存在是突涌发生的前提条件,高水力梯度的产生是基坑突涌的根源。     

黏性隔水层基坑突涌机制的离心模型试验

 针对承压水作用下基坑底隔水层为黏性土体的情况,设计突涌离心模型试验,分析不同开挖深度和水位作用下围护墙的弯矩、水平位移与稳定性,观测坑底土体隆起和突涌破坏状态。试验结果表明：随着承压水头的升高或开挖深度的增加,土体隆起变形的曲率变大并在坑底中央逐渐产生裂隙破坏;墙体被动侧土体抗力逐渐减小,围护墙弯矩和水平位移逐渐变大;围护墙后土体内形成竖向裂纹,基坑发生踢脚破坏。考虑土体强度的基坑抗突涌稳定性分析,宜将土体黏聚力折减来反映土体与围护结构接触缺陷、隔水层裂隙发育以及受到地下水软化等不利因素的影响。     

岩溶发育区地铁穿越断裂带基坑承压水突涌应急处理技术

岩溶发育区地铁穿越断裂破碎带时,基坑开挖施工中坑底极易发生突涌风险,严重影响地铁线路施工的安全及进度。以某穿越断裂破碎带的地铁车站深基坑开挖工程为例,详细分析总结了断裂破碎带引发承压水突涌风险的原因,并针对性地提出了坑内蓄水临时抢险措施及设置隔水层、综合注浆处理的整治方案。基坑抽水试验表明基坑内因断裂破碎带裂隙产生的过水通道得到了有效封堵。采用基坑外侧注浆切断断裂破碎带引起的涌水通道,并结合基坑内垂直分层注浆封堵坑内涌水点的综合注浆法,可有效解决岩溶发育区穿越断裂破碎带基坑的承压水突涌问题,成果可为岩溶发育区基坑承压水突涌的应急处理提供技术参考。     

深基坑局部深坑突涌稳定性计算研究

突涌稳定性关乎基坑安全和造价,而局部深坑是深基坑中突涌破坏最薄弱部位。基于局部深坑坑底土体沿铅垂面整体剪切破坏的假定,提出可考虑坑底土体抗剪强度、深坑几何尺寸和坑底加固的突涌稳定性计算公式,并研究计算公式适用范围和坑底土体抗剪强度计算方法。通过对杭州钱塘江两岸大量已安全施工完成深基坑工程的计算分析,得出以下结论：考虑原状土抗剪强度可使突涌稳定系数增加30%以上,常规坑底加固使其进一步增加20%左右,计算结果符合实际情况;坑底隔水层的侧面积和顶面积的比值越大,突涌稳定性越好;平面尺寸较大的基坑可通过分块开挖来确保突涌稳定性。     

软土层对地铁狭长深基坑地表沉降的影响研究

随着我国城市轨道交通的快速发展,地铁地下车站狭长深基坑工程越来越多,尤其是长江中下游和沿海地区城市的狭长深基坑大多开挖于深厚软土场地,对该类深基坑的施工安全造成了严重的威胁和工程事故。鉴于此,本文基于Midas商用软件,建立了土体-围护结构相互作用体系的三维有限元分析模型,通过现场实测与数值计算结果的对比分析,验证了数值分析模型的可行性。通过改变软土层厚度、埋深和开挖深度等不同组合的108个计算工况,系统分析了软土层厚度和埋深变化对地铁狭长深基坑周围地表沉降的影响规律。结果表明:当软土层主要位于基坑底面以上侧向地基中时,软土层厚度变化对基坑周围地表沉降影响较大;地铁狭长深基坑侧向地基中软土层埋深增大时基坑周围地表沉降先变大后变小,且变化转折点为软土层顶层埋深高于基坑底面以上的一定范围内;当软土层埋深较大且较厚时,开挖深度对地表沉降的影响有增速的趋势,即当基坑开挖深度较深时软土层的影响更为明显。同时,根据数值计算结果,给出了软土层厚度和埋深等与地表沉降的统计关系。     

基坑围护结构的抗冲剪稳定安全系数的计算与应用

基坑最下道支撑设置过高会造成围护结构中剪力过大,导致围护结构发生冲剪破坏。这种破坏属于脆性破坏,具有突发性,可能造成灾难性的后果。目前常用的各类安全系数只能控制围护结构的插入深度,不能控制最下道支撑的设置高度,所以不能避免基坑发生这种破坏。为此,提出基坑围护结构抗冲剪稳定安全系数,描述围护结构冲剪破坏形式和特征,给出抗冲剪稳定安全系数的计算方法。研究表明,在其他安全系数满足要求时还应验算围护结构抗冲剪稳定性,分析最下道支撑设置高度的合理性。应用抗冲剪稳定安全系数可以解释国内某城市地铁基坑坍塌事故的破坏机制。计算分析表明,采用该安全系数控制最下道支撑高度可以使基坑的各种安全系数与插入比关系线性化。该安全系数形式简单、计算方便,在基坑的设计和施工中有重要的应用价值。     

考虑土对水吸附性的渗流破坏理论与应用

 工程实践和模型试验结果都表明,上覆土层往往能够承受比自重压力更大的水头压力,目前还没有相关理论能够解释这一现象。考虑土颗粒对孔隙水的吸附性及结合水的连通情况,提出广义浮力、浮重度及广义水力梯度概念,给出具体的计算方法;明确计算中所用的参数 , 和 的物理意义,建议了估算 的方法,设想了测定 和 的方法,提出 与起始水力梯度 的理论关系式。这些方法考虑土层性质的差异,针对砂土和疏松土,广义浮力、广义浮重度及广义水力梯度变为传统的阿基米德浮力、浮重度及水力梯度。进一步得到不同土层中渗流力的计算方法,最终,得到土体在地下水作用下破坏条件的统一表达式,该公式可以解释土体在地下水作用下的几种不同破坏模式。依据该理论,基坑抗渗流稳定性和抗承压水稳定性的计算方法都应被修正,目前采用的计算方法都只是适应于砂土和疏松土的计算方法。采用该方法对不同组合的土层在地下水作用下的稳定性进行分析,得到的一些结论与传统说法并不相同。如：基坑围护结构插入深度分析时,如果不存在承压水作用,黏性土中的基坑很难发生渗流破坏,粉土地层中基坑的抗渗流破坏能力比砂土中的大;基坑抗承压水突涌分析时,如果上覆土层有一定渗透性,传统的压重平衡计算结果偏于不安全,含有一定量粉土的承压水层的上覆土层抵抗承压水能力会有所提高。最后,以上述成果为基础对水土压力统一计算理论做了修正。     

某地铁车站软土深基坑加固效果研究

采用水泥土搅拌加固软土深基坑土体是工程中常用的有效方法。本文采用有限差分软件FLAC3D建立某地铁车站深基坑的数值计算模型,并对未加固和加固两种设计方案进行了施工全过程数值模拟,对两种方案的土压力、地下连续墙水平位移以及邻近铁路路堤沉降的模拟计算结果进行了对比分析。结果表明:三轴水泥土搅拌桩对于软土深基坑加固效果显著,能够有效的减少围护结构的侧向位移和地表沉降;当周边环境对基坑变形有严格要求时,对土体进行加固,提高土体强度是十分有效的措施。     

地铁工程中抗剪强度试验方法选择及指标应用

红杭州地铁一号线主要建筑物均位于软土地基中,土的抗剪强度对建筑物稳定与安全关系重大。本文简要分析了地铁工程前期勘探阶段地下隧洞的软土围岩及地铁车站深基坑软土边坡、基坑底部土体的应力状态与抗剪强度试验方法关联,指标的选用及实际应用中应注意的问题。     

土工格栅加筋土地基载荷试验的数值模拟

采用FALC^3D对土工格栅加筋土地基载荷试验进行了进一步的数值模拟分析。根据计算结果,针对原型试验中难以量测的试坑变形及筋土界面摩阻力分布特征进行了讨论。利用数值模拟技术的优势,求解加筋地基的应变场,研究了加筋地基的破坏模式。结果表明:在竖向荷载作用下,试坑会发生侧向位移,通过加筋能有效减小试坑的侧向位移;筋土界面摩阻力的分布与筋土之间的相对位移直接相关;加筋地基的破坏机构因筋材的存在而发生改变,“深基础”效应以及“扩散层”效应都是加筋地基的增强机理,但地基的破坏模式随筋材的布置形式改变而有所不同。     

高承压水地层开挖基坑底板隆起稳定性分析

在分析高承压水地层基坑开挖时基坑底板破坏机理的基础上,利用塑性极限分析中的塑性铰线法提出了一种计算抗承压水基坑底板临界厚度的方法,其优点是能综合考虑基坑底板的几何尺寸、底板土层的破坏强度及破坏形式等因素对底板稳定性的影响。在7个工程实例的计算中,该法与传统基坑底板稳定性分析方法以及数值模拟方法进行了比较,结果表明本文方法明显优于传统的稳定性分析方法,能较真实地反映基坑底板抗隆起的稳定性。     

高水位软弱土地区高耸构筑物地基施工中的沉降控制设计

在地下水位较高的软弱土地区,高耸构筑物地基应以控制地基沉降为主。设计时不应将工程手册上的算例生搬到实际工程,而应从工程的实际情况出发,考虑多种不利情况进行地基包络设计。本文以工程实例说明了处在高水位软弱土地区的高耸构筑物,其地基设计时应考虑施工降水、基坑回弹再压缩、基底土透水与否等对地基沉降的影响。可作为类似工程设计时的参考。     

软土地区基坑被动区加固成桩质量对围护变形控制的影响分析

上海作为典型软土地区,土层呈流塑状,力学性能较差,压缩性大,不利于基坑稳定和围护变形控制。被动区加固作为控制围护变形的方法之一被普遍使用。然而,开挖后部分基坑出现了实测结果与理论计算完全相反的情况。本文以软土地区某社区深基坑工程项目为背景,分析了这一反常工程现象的原因,采用数值模拟的方法研究被动区不同成桩质量下围护桩的变形情况。