考虑空间效应的基坑开挖及数值模拟

介绍了空间效应在天津市区某工程基坑开挖过程中的应用,观测围护结构的变形和坑外建筑物的沉降,并用有限元分析空间效应对基坑开挖的影响,结果表明基坑开挖具有明显的空间效应作用,合理利用这种空间效应,将有效的减少围护结构的变形,同时减少开挖对周围环境的影响。     

多工况施工条件下基坑群变形特性分析

多个基坑近邻施工越来越常见,彼此间不同施工工况对变形影响较大。以武汉市地铁青菱站近邻基坑群工程为例,针对不同开挖顺序对基坑群变形影响问题,采用数值模拟的方法对不同基坑围护结构深层位移和基坑周边土体沉降的变形特性进行了分析。研究结果表明：在基坑群开挖过程中,基坑坑间土体沉降叠加效应受坑间距影响较大;不同开挖顺序对基坑外边侧围护结构变形和周边土体沉降影响不大,但对基坑内边侧围护结构变形有一定影响。3个基坑同时开挖基坑内边侧围护结构位移量最大,基坑依次顺序开挖位移量最小,先开挖2个基坑再开挖另一个基坑位移量位于二者之间。相关结论可为基坑群开挖顺序的设计提供参考。     

相邻双基坑开挖相互影响三维性状分析

相邻基坑开挖引起围护结构和周围土体变形与基坑单独开挖存在较大的差异,目前较缺乏考虑相邻基坑开挖产生的相互影响及其空间效应的研究。以实际相邻双基坑工程为分析原型,建立其开挖的三维有限元模型,研究双基坑开挖的空间效应。分析了相邻基坑同步开挖和不同基坑间距对基坑间土体沉降、支护结构内力、支护结构位移、坑底隆起、坑外地表沉降等的影响,探讨基坑开挖角部刚度效应。结果表明:相邻基坑开挖影响支护结构的内力和位移分布;基坑间土体沉降产生叠加影响,沉降量大于基坑两侧地面;近端支护结构变形和坑底隆起小于远端。基坑角部刚度效应在一定范围内会较明显地限制土体变形和支护结构的位移,且角部刚度效应随开挖深度增大而增大。基坑间距对相邻基坑产生相互影响的范围为2.5~3倍基坑开挖深度。     

深圳平安金融中心基坑围护结构变形监测分析

以深圳平安金融中心基坑为研究背景,针对基坑围护结构特点,对其变形监测方案进行设计。结合基坑围护结构变形现场监测数据,重点分析基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律、基坑开挖钢支撑轴力随时间的变化规律,结果表明基坑围护结构设计是安全的。同时,结合基坑地表沉降监测数据,分析基坑开挖引起的地表沉降变化规律,得出基坑开挖地表沉降可分为沉降量线性增长阶段、沉降速率不断增加阶段、沉降速率递减阶段以及沉降趋于稳定4个阶段。在此基础上,针对沉降变形的变化规律,引入Usher沉降预测模型,建立基坑开挖地表沉降预测模型。实测数据与预测值吻合较好,表明该方法的可行性。     

软土基坑施工优化离心模型试验

以上海五坊园三期基坑工程为依托,开展了两组不同开挖分区方式的基坑开挖离心模型试验,通过测定不同开挖分区和支护方式对应的基坑围护结构变形规律及周边地层变形规律,探讨了开挖分区和支护方式对基坑开挖扰动效应的影响。试验结果表明:不同开挖分区工况下围护结构变形均随开挖深度的增大而增加,墙后地表沉降呈现勺子形分布并随距离的增加而减小;开挖分区工况对围护墙的内力变形影响较大,分区开挖有效控制了围护结构以及坑外土层的变形,后期开挖基坑对先期开挖完成基坑的地下连续墙弯矩和变形影响较小。先期较大面积开挖产生的弯矩和侧向位移均大于开挖面积较小工况的值,且较小分区面积对于远处地表沉降约束较好。     

软土地区地铁基坑围护结构变形控制思考

软土地区地铁基坑围护结构变形普遍偏大,文章通过对宁波、南京地区特有软土地层修建的地铁车站基坑围护结构变形统计,分析软土地区围护结构变形规律、特点及造成的后果;根据变形规律与特点,结合施工过程中采取的措施经验,提出软土地区基坑围护结构变形控制方法,预防基坑开挖风险.     

基坑性状的三维数值分析研究

本文从工程实践需要和目前基坑工程的研究现状出发,研制了能考虑基坑开挖的空间效应、土与围护结构的相互作用及施工过程的基坑工程三维有限元分析程序,研究了基坑开挖过程中围护结构变形、主动土压力、支撑轴力、基坑周围地表沉降量及底部隆起的空间分布,探讨了基坑周围地表沉降量分布形式。最后与杭州市某基坑工程实例进行了对比分析,验证了基坑工程进行三维分析的必要性以及计算模式的合理性。     

软黏土地区某深大基坑开挖变形分析

文中结合杭州某深大基坑工程,介绍了该工程所在场地土层条件及基坑支护形式及基于开挖全过程中的实测数据,系统地分析了围护结构的变形、土体水平位移、建筑物沉降及路面裂缝的变化规律。研究发现深层土体的开挖比浅层土的开挖能产生更大的应力,使得基坑产生更显著的变形。随基坑开挖深度的增加,围护结构挠曲变形加速增大。围护结构及土体的变形主要发生在开挖阶段,随底板的浇筑,变形逐渐趋于稳定。研究成果可为同类工程提供一定参考。     

上海软土地区半圆形基坑的实测结果研究

通过对上海临港新城某半圆形基坑实测数据的分析,结合对半圆形基坑结构优势、变形特性的综述,探讨了半圆形基坑围护结构变形、地表沉降的一般规律。结果表明：该半圆形基坑围护结构的最大侧向位移为开挖深度的0.152%～0.636%,平均值为0.325%;围护结构侧向变形通常为深层凸鼓形,围护结构最大侧移点深度一般位于开挖面以下2～6 m;基坑周边最大地表沉降为开挖深度的0.587%,平均值为0.312%。在相同地质和施工条件下,和矩形基坑相比,半圆形基坑结构形式对控制变形有一定优势。     

超深风井基坑开挖关键技术与风险应对

依托某40 m超深竖井基坑,对基坑开挖存在的地质条件差、土方开挖困难、基坑变形和渗漏水控制要求高、超深超厚地下连续墙施工质量控制难等挑战开展了技术研究,总结和提出了软弱土层受限空间开挖技术、软弱土层开挖变形控制及渗漏水控制技术以及超深超厚地下连续墙施工技术。与类似地区工程案例调研发现,河漫滩地区基坑开挖围护结构最大侧移的平均值在1.3%的基坑挖深,略低于本项目1.4%的变形控制值,因此,强化开挖过程控制和辅以信息化施工是保障项目顺利实施的关键。研究成果可为类似工程提供一定技术支撑。     

地铁车站深基坑工程的监控量测与数值模拟

 以南昌地铁艾溪湖东站深基坑工程为研究对象,对现场施工过程的监控量测数据进行分析,重点研究深基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律,并对工程受地下水的影响效应作简明陈述。同时,利用ABAQUS对第二施工区段建立三维有限元计算模型,对车站深基坑的施工过程进行模拟,对比分析围护结构变形的计算结果与监测结果,最终证明在南昌富水地质条件下地铁车站深基坑施工所设计采用的围护结构是安全合理的,围护桩与支撑组合结构能有效地控制地铁深基坑施工过程中土体变形。     

基坑开挖对地下管线工作性状影响的数值分析

为研究基坑开挖对于地下管线工作性状的影响,进而为管道安全评估与防护提供参考依据,利用Plaxis 3D Tunnel 建立基坑开挖中的土体与地下管线相互作用的有限元模拟模型。对土体采用Hardening-Soil 模型,对管线及基坑支护结构与土之间均采用接触面单元,对不同管道数量和位置以及施工步骤、基坑尺寸对地下管线水平位移、竖向位移和内力的影响进行了大量的参数分析。结果表明在基坑支护结构、管线与土体相互作用下,墙背管线位移随基坑尺寸增大而增大,但其分布形态不变;管道距离地下连续墙越近,管道的位移则越大,而地面位移越小;管道数量越多,管道位移与墙背土体位移均越小;管线内力与变形与基坑开挖特性参数之间的关系是非线性的。     

杭州地铁秋涛路车站深基坑信息化施工监测分析

通过对杭州地铁秋涛路车站深基坑工程东区施工中围护桩水平位移、钢支撑轴力、地表沉降和地下水位等监测数据进行分析,得出了一些有价值的结论。实测表明:桩体水平位移能直接反映围护结构的变形特性,是评价围护结构安全状况的重要指标,桩体的侧向变形主要是由土方开挖所引起,与开挖后墙面暴露时间长短相关;钢支撑的轴力随开挖深度增加而增加,其大小变化与开挖方式、开挖速度、气温以及下层支撑的拆除有关;基坑东侧的地表沉降曲线呈抛物线形分布,基坑南侧的地表沉降曲线呈三角形分布;坑外地下水位的变化可反映围护结构的止水效果。     

邻近地层损失对地下挡土结构土压力与地表沉降影响试验研究

城市浅层空间隧道往往从一侧或两侧地下挡土结构物之间穿过,多数情况下会引起地层损失。目前城市地下开挖引起塌陷事故呈现逐年增多的趋势,当地层损失产生后,周边已建或在建基坑挡土结构的土压力和地层沉降发展规律是决定是否需要进行加固或处理的依据。为了获取地层损失的扰动影响规律,开发了模型试验装置与钢棒相似土技术,采用活动门下沉模拟地下开挖引起的地层损失,采用挡墙平移模拟基坑开挖。分别考虑活动门深度与宽度比、活动门位置深度与距离比、活动门位置深度与侧限宽度比,开展了15组二维模型试验。利用挡土板上的18块悬臂式载荷计测得挡土结构土压力,采用粒子图像测速技术获取表面沉降曲线。结果表明:地层损失会使邻近基坑挡墙上部土压力增加,下部土压力减小;地层损失发生后,邻近的新建基坑如继续进行开挖施工,由于土体受到了充分的扰动,挡土结构底部不会出现土压力减小的箱槽效应,挡墙平移达到主动极限状态时的土压力分布与库仑主动土压力较为吻合;邻近地下开挖引起地层损失与挡墙平移的叠加效应影响下,地表沉降最大值和曲线曲率随活动门宽度增加而增加,随活动门距离和侧限宽度减小而增加。由于采用钢棒相似土,所获得的研究成果主要反映砂土地层的土压力与变形特性。     

带撑双排地下连续墙支护结构在清远枢纽航道扩容工程中的应用研究

正在紧张施工的广东省清远枢纽航道扩容之二线船闸的深基坑工程紧邻一线船闸,覆盖层深厚,地层性质较差,地质条件复杂,坑外设计洪水位较高。考虑到基坑开挖过程中已建船闸和基坑的相互作用,为满足支护结构自身强度及变形要求,避免由于基坑开挖过程中土体卸荷造成邻近已建船闸产生过大变形从而对船闸安全稳定和正常运行带来安全隐患,二线船闸的闸室部分的基坑支护结构采用带撑双排地下连续墙方案。以带撑双排地下连续墙为研究重点,利用迈达斯GTS有限元软件,基于硬化土(HS)土体本构模型,模拟清远二线船闸深基坑施工过程。有限元结果表明,双排地下连续墙支护结构和邻近船闸闸室的水平位移特征与工程实测结果基本吻合,带撑双排地下连续墙支护方案对于二线船闸深基坑工程是可行的。     

深基坑支护设计影响因素的有限元分析

深基坑工程是当前岩土工程中的热点和难点问题之一，如何有效控制基坑变形，使基坑工程既安全叉经济，是人们一直探索的课题。深基坑的支护结构的变形是影响基坑变形的重要因素。针对武汉地区具有代表性的粉质粘土，通过大量的真三轴试验模拟了基坑开挖过程中的应力路径，了解了开挖过程中基坑土体的变形性状，并得到了邓肯一张模型的各参数，建立了深基坑支护结构的非线性弹性模型。同时以平面应变有限元法为基础，通过对武汉某基坑工程进行基坑变形的计算分析，分析了支护结构的刚度、基坑的开挖宽度、土体的变形模量、插入深度、支撑位置和坑内土体加固、基坑开挖的时空效应和基坑周围水环境等设计、施工和自然环境因素对支护结构的变形的影响，了解了基坑开挖过程中基坑支护结构变形、周围地层沉降的发展变化规律，并提出了一些控制基坑变形的方法措施，为深基坑工程的设计和旋工提供了依据。     

软土地区超深基坑变形特性离心模型试验研究

以上海某挖深38m的超深基坑工程为背景,利用离心模型试验研究了两组类似工况下超深基坑的围护结构变形、土压力变化、地表沉降等性状,同时也探索了主要工程性状的内在联系,并与现场施工实测数据结果进行了比较验证。试验结果表明:两组类似工况下超深基坑的开挖性状近似,其中,围护结构变形随开挖的进行而加大,在开挖后期水平位移最大值不再增大,只是最大值点下移,最大值点基本位于开挖面附近;围护结构后侧的土压力的变化值较好地吻合围护结构自身的变形状态;地表位移呈沉槽状,槽底随开挖的进行而逐渐加深并外移,试验结果与实测数据吻合。     

深圳上软下硬地层中超深基坑的性状分析

深圳地层上部为松散的富水性砂性土与黏性土沉积地层,10 m以下为风化花岗岩地层,在此地层中施工超深基坑需要防止上部松散土层的变形。运用数值模拟方法对深圳地层某超深基坑工程进行模拟分析。数值模拟中把包括地基土体在内的整个围护结构作为一个结构体系。考虑开挖过程、围护结构和土的共同作用、时间等因素的影响,实现对施工逐级开挖、支撑的装拆进行动态模拟,综合分析围护结构的内力、变形及开挖引起的环境效应。数值模拟结果符合实际工程情况和规范要求,得出的结论适用于深圳地区类似基坑工程的变形预测和优化设计。     

临近基坑开挖复合地基侧向力学性状离心试验研究

临近基坑开挖引起复合地基CFG桩变形和内力改变,现有理论缺乏对该问题的研究。通过开展离心模型试验,对临近基坑开挖条件下,复合地基变形、CFG桩内力和变形、土压力等分布和变化规律进行深入分析。结果表明：开挖引起CFG桩弯矩增大,近基坑桩增幅明显|开挖引起桩土不同步沉降,导致CFG桩上刺入褥垫层,桩受到褥垫层的“嵌固拉结”作用,同时远基坑桩、褥垫层、加载气囊一起提供了“摩擦拉结”作用,从而在近基坑桩上出现负弯矩|而远基坑处不均匀沉降小,“嵌固拉结”作用小,且“摩擦拉结”作用是利于正弯矩产生,桩上未出现负弯矩|开挖引起支护背后土压力分为增长区和减小区两部分,在上部土体中,土体卸荷,土压力减小,而下部土体受支护挤压,土压力有所增大|开挖引起地表沉降呈指数形式,临近基坑地表沉降最大,在显著变形区域内,支护水平位移基本呈直线形式,各阶段最大水平位移均出现在支护顶端|开挖引起的CFG桩水平变形大小和范围随距基坑边距离的增大而减小。     

砂土覆盖岩溶地层基坑开挖引起地层变形分析

广州地层上部为松散的砂性土与粘性土沉积地层,软土层下面则存在较多的石灰岩地层,岩溶分布广泛,溶洞内含大量泥砂与岩溶水。本研究针对广州这种浅埋岩溶强烈发育的上软下硬地层的特殊性,建立了广州市花都区地铁车站工程基坑开挖的有限元模型,考虑开挖过程、围护结构和土的共同作用以及时间等因素的影响,实现对开挖、支撑装拆的动态模拟,结合工程实际监测数据,综合分析围护结构的内力、变形及开挖引起的环境效应。数值模拟结果符合实际工程情况和规范要求。结果表明,土体沉降及侧向位移随开挖过程增大。开挖结束后,土体沉降与地下连续墙侧移范围均在规范的控制范围之内。说明本工程所采用的基坑开挖设计方案满足要求,很好地实现了对周边环境影响的有效控制。所以,本文得出的结论适用于广州地区类似基坑工程的变形预测和优化设计。