隔水帷幕对深基坑降水开挖变形控制的影响

依托杭州沿江大道地下综合管廊深基坑工程,土体采用HSS模型进行有限元数值模拟,分析基坑降水开挖下基坑及邻近管线的变形,模拟结果与监测结果吻合较好,验证了有限元计算模型和参数选取的合理性。基于模拟提出隔断式基坑降水优化方案,并研究稳态渗流下隔水帷幕插入深度不同时基坑及邻近管线的变形响应。结果表明：随着悬挂式隔水帷幕深度加深,坑内外水头差线性增大,围护结构侧移峰值线性增大,管线竖向位移、坑外地表沉降线性减小;相较于悬挂式隔水帷幕,隔断式隔水帷幕对控制基坑降水引起的坑外地表沉降及邻近管线变形均有着显著优势,但对于围护结构变形控制则不利。     

侧向土体影响下盾构隧道引起上覆管线变形

目前盾构隧道开挖对邻近管线影响的理论研究一般基于Winkler地基模型和Pasternak地基模型,较少考虑精度更高的Kerr地基模型及管线侧向土体影响对管线变形的约束作用. 将管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Kerr地基模型上,利用差分法得到盾构隧道引起上覆管线竖向位移半解析解,在此基础上进一步推导考虑管线侧向土体影响的Kerr地基模型差分解. 通过与已有工程案例和离心机数据对比,验证Kerr地基模型相比于其他地基模型的优越性,也验证了考虑管线侧向土体影响的Kerr地基模型计算结果更加符合实测数据. 参数分析表明, 随着隧道开挖地层损失率和土体弹性模量的增大,管线的竖向位移和弯矩均增大;随着管线与隧道夹角的增大,管线的竖向位移和弯矩均减小.     

考虑剪切变形下盾构隧道引起上覆管线变形分析

近邻上覆既有管线进行盾构开挖会引起管线产生附加变形,进而会影响到既有管线的安全。这方面的理论研究,大多数将既有管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Winkler和Pasternak地基模型上,未考虑管线的剪切效应及三参数Kerr地基模型对管-土相互作用的影响。基于此,提出了一种可预测管线纵向变形的解析方法。采用Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体自由竖向位移,把土体自由竖向位移附加在既有管线轴线上,将既有管线简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁,管-土相互作用采用Kerr地基模型,基于提出剪切层弯矩的计算假设,结合管线两端的边界条件获得管线在盾构隧道下穿作用下受力变形响应。工程案例研究结果表明：与既有文献存在的理论分析方法比较,该方法计算得出的理论解析结果更加贴近实测数据;与Euler-Bernoulli梁计算结果比较, Timoshenko梁给出的计算结果更具有优越性。进一步参数研究表明：随着既有管线剪切刚度的增大,管线抵抗变形的能力逐渐增大,这会导致隧道下穿引起的管线变形逐步减小,但会引起管线内力反向增大;随着地层损失率增大,既有管线受到的外力逐步增大,使得管线变形及其内力也逐渐增大;随着管线直径的逐渐增大,管线在隧道下穿作用下引起的管-土相互作用力逐渐增大,最终导致既有管线所受到的应力应变也会增大。     

既有单桩在邻近基坑开挖下的水平向响应简化分析

为了探究既有单桩在邻近基坑开挖作用下的水平向响应规律,提出基于虚拟镜像技术的基坑开挖引起邻近单桩水平向响应解析解. 发挥基坑围护结构变形易于实测的优势,借鉴虚拟镜像技术,考虑土体位移的实际情况,修正土体的等量径向移动模式,推导出土体非等量径向移动模式下基坑开挖引起的坑外土体水平位移场. 基于Pasternak双参数地基,引入修正地基反力模量以考虑埋深效应,利用两阶段法,将土体水平自由位移场视为外荷载施加于邻近单桩,建立在邻近基坑开挖扰动下既有单桩的水平向位移控制方程. 与三维有限元数值模型、既有理论解及已发表案例的工程实测数据的对比,验证该方法的正确性及适用性. 参数分析表明：提高地基反力系数和单桩抗弯刚度有助于减小单桩最大水平位移;当桩与基坑间距较远时,单桩最大水平位移几乎不再受自身抗弯刚度的影响.     

基于Kerr地基模型单井降水邻近管线变形计算方法

为了研究单井降水对邻近管线的影响,基于Kerr地基模型结合两阶段法提出了一种单井降水引起邻近管线竖向变形的计算方法。在第一阶段采用有效应力原理与Dupuit假定计算出降水引起邻近管线受到的附加应力,第二阶段将管线视作搁置在三参数Kerr地基上Euler-Bernoulli梁,以此模拟管线与土的相互作用进而推导出管线的竖向位移。通过与原位降水试验及Winkler模型的结果进行对比,验证了所提方法的准确性,并进一步分析了土体弹性模量、渗透系数、管-井间距以及水位降深变化对管线竖向位移的影响。分析结果表明：所采用的Kerr地基模型考虑了土体变形的连续性,相比Winkler地基模型更具优越性;土体渗透系数及管-井间距对管线变形影响较小,而土体弹性模量与降水井内水位降深影响较大;土体弹性模量减小、水位降深增大均导致管线变形明显增大,且易引起管线位移超过允许值,应针对相应因素采取防控措施。     

考虑深基坑支护结构变形的邻近管线变形解析方法

深基坑开挖对邻近地下管线水平变形影响显著.首先,考虑柔性支护结构侧向位移对基坑侧壁卸载松弛应力分布的影响,对既有侧壁卸载力学计算模型进行改进,并利用Mindlin解计算出基坑开挖卸载引起的邻近管线水平附加应力.在此基础上,基于Pasternak地基模型建立了管线水平变形方程,分析了侧向卸载应力路径对Pasternak模型参数取值的影响,得到管线水平变形解析解,并将计算结果与实际工程监测数据进行对比.最后,对基坑与管线之间距离、管线埋深、土体侧向卸载模量3个参数对管线水平变形的影响进行详细分析.结果表明：计算结果与监测数据相吻合.管线水平变形曲线距基坑边缘2H附近存在拐点,水平变形迅速减小.当管线纵向超出基坑开挖范围2H时,几乎不产生水平变形.基坑坑角附近管线水平变形为最大水平变形的0.5～0.6倍.基坑与管线之间的距离对管线最大水平变形值有显著影响,管线最大水平变形值随着距离的增大呈现“先急后缓”的非线性减小.在距围护结构的距离与基坑深度比值为0.5～1的范围内,随着管线的埋深和土体侧向卸载模量增大,管线最大水平变形逐渐减小.     

考虑降水影响与分布开挖的基坑变形数值模拟

为了分析在降水影响下地铁车站基坑的稳定性和现场实测的精确性,建立了基坑体系二维有限元数值模拟.采用弹性模型考虑地基上的非线性性质,针对深基坑开挖过程引起的承载体系受力变形特性,分析了基坑降水和不降水两种情况引起的基坑变形,考虑了地下连续墙与周围土体的相互作用,包括地下连续墙变形、地表沉降及坑底回弹.结果表明,理论分析和实际监测结果较吻合,为工程的顺利实施提供了依据.     

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.     

软土深基坑围护结构水平变形特性研究

结合广州某软土深基坑工程实例,建立了地下连续墙、钢筋混凝土内支撑和土层的二维有限元模型,对深基坑开挖过程进行数值模拟.研究结果表明：随着基坑开挖深度的增大,围护结构水平位移增大,最大水平位移的位置由桩顶往下移,而且围护桩水平变形曲线发展形态呈现出向坑内凸的“大肚形”,与实测结果基本一致.支撑结构对减小基坑围护结构的变形起着重要作用,无支撑结构的桩体水平位移最大值达到24.6 mm;土体弹性模量及围护结构刚度对基坑围护结构变形影响较大,桩体水平位移随着土体弹性模量及围护结构刚度的增大而减小.     

基坑开挖对邻近隧道纵向位移影响的计算方法

基坑开挖卸荷会对邻近隧道产生影响,因此有必要对隧道的变形进行预测,确保隧道正常运行。针对目前计算模型的分析方法未考虑基坑壁应力卸荷对隧道位移的影响,以及有限元分析过程较为复杂繁琐,提出采用Mindlin解计算基坑壁与坑底卸荷的附加应力。然后将隧道结构视为弹性地基无限长梁,将开挖引起的附加应力施加于隧道结构上,建立隧道结构纵向变形方程,从而得到隧道位移及内力的计算公式。最后,将计算方法与数值模拟算例、工程实测进行对比分析,计算结果与其较为吻合。     

基坑开挖变形稳定颗粒流数值模拟研究

为了分析基坑开挖对周围环境的影响,基于颗粒流数值模拟方法,利用边界伺服法构建理想颗粒体系,利用线性接触黏结模型标定岩土体的细观力学参数。结果表明:基坑开挖后距离基坑壁60～70m地表变形约5mm;60～70m远处的管道相对变形量不超过3 mm,不会引起管线不均匀沉降而破坏;桩墙失效基坑周围的素填土以及淤泥质黏土将会向基坑滑塌,其滑塌范围从基坑内壁向外约影响10m,约为基坑开挖深度的2～3倍范围。     

基于FLAC3D的复合土钉支护数值模拟分析

采用FLAC3D有限差分软件,对预应力锚索复合土钉支护结构的开挖支护施工过程进行动态模拟,分析了基坑开挖过程中土体的变形特性,发现土体的水平位移随着开挖深度的增大而增大,但由于锚索的加入,对土体向坑内的倾斜有一定的限制作用。得出基坑水平位移变化曲线基本呈＂鼓肚＂形状,且土体最大水平位移模拟值和实测值相差0.75 mm,模拟值与实测值非常接近。     

基于FLAC3D的复合土钉支护数值模拟分析

采用FLAC3D有限差分软件,对预应力锚索复合土钉支护结构的开挖支护施工过程进行动态模拟,分析了基坑开挖过程中土体的变形特性,发现土体的水平位移随着开挖深度的增大而增大,但由于锚索的加入,对土体向坑内的倾斜有一定的限制作用.得出基坑水平位移变化曲线基本呈“鼓肚”形状,且土体最大水平位移模拟值和实测值相差0.75 mm,...     

地铁车站深基坑动态施工过程变形规律与数值仿真分析

以南京地铁虹桥站深基坑工程为依托,结合土体开挖过程中基坑各项监控量测数据,利用FLAC 3D软件建立车站深基坑的三维数值仿真模型,对基坑的开挖和支护动态施工过程进行模拟,对比研究数值仿真的变形计算结果与监控量测数据,研究结果表明:(1)地连墙水平位移在墙身范围内,大致呈"弓"形,随着基坑的开挖而呈非线性增加,位移峰值出现在基坑开挖工作面附近。(2)地表土体受基坑开挖的影响范围主要在基坑边1H(H为基坑深度)范围内,不同工况下沉降曲线大致呈抛物线形,且沉降峰值呈线性增加,峰值沉降发生在0. 5H附近;在同一工况条件下,随着时间的推移,不同距离位置处的土体位移呈现不断重分布的过程,但整体曲线仍呈"凹"形。(3)基坑隆起量也与基坑开挖过程有关,土体的最大隆起量发生在基坑中轴线附近,随着开挖深度的增加隆起量呈非线性增加。(4)支撑的架设对围护结构的变形和土体的沉降控制能起到良好的正面作用,延迟支撑架设对变形的发展极为不利。     

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。     

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。     

考虑渗流-应力耦合基坑开挖降水数值分析

运用GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）软件对基坑开挖降水过程进行了详细数值模拟,对比分析了基坑开挖时,考虑降水引起的地下水渗流作用和不考虑渗流作用下的基坑周围土体位移、支护结构位移以及内力,同时分析了止水帷幕、渗透系数及降水深度对基坑力学性能的影响.分析结果表明：渗流对基坑工程影响不容忽视,深基坑稳定性分析应当充分考虑地下水渗流的作用;设置止水帷幕可以有效地减小基坑周围土体的变形,渗透系数与降水深度的加大均会使地表沉降值增大.     

合肥地区深基坑开挖对邻近管线影响分析

为了研究合肥地区深基坑开挖对邻近管线的影响规律,选取合肥市某地铁车站深基坑作为研究载体,运用FLAC~(3D)有限差分软件对实际工程进行数值模拟。根据计算结果研究管线整体变形规律和管线应力分布状况,重点分析开挖工序、管线材料、管线直径、管线位置对管线内力变形的影响。研究结果表明:在基坑开挖过程中,管线出现向基坑侧变形的趋势。基坑端部区域的管线变形最小,基坑中部区域的管线变形最大。在相同的开挖支护条件下,管线材质、直径和位置对管线应力变形影响较大。管线材料的刚度越大,管线整体变形越小而应力越大;管线直径越大,管线整体变形越小,应力值也越小;管线与基坑的间距越大,管线变形越小,应力值也越小;管线水平位移和应力值随着管线埋置深度的增加而逐渐增大,当增大到最大值后又逐渐减小;管线的竖向位移随着管线埋置深度的增加则逐渐减小。     

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．