承压水作用下基坑三维有限差分模型分析

隔水层土体采用应变相关修正剑桥模型,建立考虑承压水、土体、支护结构、水平支撑体系和竖向支承系统共同作用的三维有限差分耦合模型,考虑连续墙和土体之间的接触,采用FLAC3D实现基坑分步开挖过程。分析了承压水作用下深基坑开挖变形性状,包括坑底隆起变形、围护结构侧移、墙后地表沉降和侧移、深层土体沉降和侧移等,最后分析不同承压水头对基坑变形的影响。结果表明:初始承压水头较大时,坑底隆起变形受初始承压水头影响较大,特定点隆起变形随初始承压水头变化规律与室内试验结果较为吻合;不同初始承压水头下水平支撑以下的连续墙侧移差异较大;随初始承压水头增大隔水层中墙体和承压含水层中墙体的侧移表现出不同的变化形态;初始承压水头对墙后土体变形影响较小;在理想隔水层条件下,承压水头对基坑开挖过程中的变形影响较小。     

软土地区临近隧道的深大基坑变形控制方法

采用有限元软件对上海市临近已建地铁10号线的吴中路项目基坑开挖进行二维数值模拟,主要分析计算了地下连续墙最大侧向位移及隧道变形,并对地下连续墙最大侧向位移及隧道变形监测值进行了研究。监测结果与数值模拟结果对比分析表明,二维数值模拟分析模型可以较好地给出地下连续墙最大侧向位移及隧道变形规律;从基坑围护设计角度出发,通过数值模拟进一步分析了地下连续墙的插入比、被动区加固宽度对地连墙及隧道变形的影响,对于类似工程的基坑支护设计有一定的参考意义。     

分区开挖基坑各分区变形相互影响分析

通过分析上海地区某长条形深基坑分区开挖围护地下连续墙侧向变形、立柱桩沉降、支撑轴力等监测数据,研究分区开挖工况下先挖分区基坑与后挖分区基坑变形相互影响特征。研究发现:后挖分区基坑地下连续墙变形数值明显小于先挖分区,表明先挖分区开挖使后挖分区在一定范围内土体提前释放应力;结构回筑阶段地下连续墙侧向变形有明显回弹,墙后土体没有回弹;后挖分区坑底隆起使先挖分区结构回筑阶段产生坑底隆起叠加效应;后挖分区坑底支撑轴力及波动幅度较先挖分区数值相对较小。研究成果为后续深基坑分区开挖变形控制提供借鉴。     

盖挖逆作深基坑工程地下连续墙变形性状分析

随着基坑开挖的进行,地下连续墙会产生一定程度的变形,超大基坑的开挖顺序也会对地连墙变形产生影响。文章以天津地区某超深超大基坑开挖工程为例建立数值模型,采用从两边到中间开挖和从中间到两边开挖两种不同的方法来研究地连墙的变形规律。两种不同的土方开挖方法得到的地连墙变形最终曲线均为弓形,但数值不同,即空间时效不同。通过数值分析得出采用从边角向中间开挖的顺序,可减小地下连续墙的变形,提高基坑开挖工程的安全效应。     

某地铁深基坑顺逆结合开挖变形性状的实测分析

目前对于软土地区采用顺逆结合法开挖的深基坑变形性状研究还较少。研究了杭州某34.5m深的地铁基坑在顺逆结合开挖方法下的变形性状,分析了基坑开挖对一倍开挖深度距离内邻近地铁隧道附近土体的影响。研究结果表明:(1)逆作板加强了围护结构体系的刚度,有效地限制了地下连续墙的侧移、墙后地表沉降和立柱隆起,进而限制了邻近隧道附近土体的位移;(2)合理的土体开挖顺序能有效地限制基坑中间处的墙体侧移,使得该截面的墙体侧移并非是沿基坑长边所有截面中墙体侧移最大的;(3)隧道与附近土体相互作用明显,附近土体在隧道埋深处都随刚度相对较大的隧道向基坑内呈现一定程度的水平移动,而上部土体的水平移动随着空间位置的不同而表现各异。相关结论对软土地区类似深基坑工程的变形控制具有一定的参考意义。     

隧道上方土体开挖对软基隧道结构影响规律分析

依托苏州轨道交通1号线工程,采用数值计算研究隧道上方基坑开挖对隧道结构受力、变形的影响规律,收集了软土地区18个隧道上方基坑开挖的案例,从残余土体高度、施工措施等方面与数值计算结果进行了对比分析。结果表明:隧道上方基坑开挖主要影响隧道竖向位移,表现为隆起变形;随基坑开挖深度的增加,隧道竖向变形不断增加,轴力不断减小,弯矩先减小后增大;在不考虑加固的情况下,残余土体高度是影响隧道竖向位移的重要因素,随着残余土体高度的增加,隧道竖向位移呈指数型下降;三轴搅拌桩加固、抗拔桩、分块施工是较为有效的隧道抗隆起措施。     

复杂条件下基坑开挖对周边环境的影响研究

为了研究复杂条件下的基坑开挖对周围环境产生的影响,使用Midas GTS NX有限元软件建立三维数值模型,分析常州历史文化街区一基坑开挖对土体、围护结构及临近地铁隧道的影响。结果表明：基坑开挖存在明显的空间效应,阴角利于基坑稳定;开挖后坑内土体隆起,坑外土体沉降;地铁隧道在竖向主要表现为隆起,水平向主要表现为朝向基坑方向发生位移;隧道竖向位移和水平位移均与基坑范围存在明显对应关系,在基坑范围内的隧道变形最大;隧道整体在竖向表现为收缩变形,水平向表现为扩张变形。     

特大圆环支撑深基坑变形特性的三维数值分析

以某特大圆环支撑深基坑工程为背景,采用有限元分析软件MIDAS/GTS,对深基坑特大圆环支撑体系的变形特性进行了系统的三维数值分析。通过与地下连续墙的水平侧向变形和墙顶沉降实测数据进行对比分析,表明采用GTS软件进行特大圆环支撑深基坑工程的三维动态施工模拟分析是可行的;研究了不同土体开挖次序下、不同工程地质条件下特大圆环支撑深基坑地下连续墙的水平侧向变形特性,结果表明:土体开挖过程,地下连续墙的水平侧向位移存在显著的位移回弹效应,且随着基坑开挖深度的增大而增强,非对称开挖明显强于对称开挖,采用对称开挖比非对称开挖能显著减小软土地层地下连续墙的水平侧向位移。     

近邻地铁地下连续墙全过程开挖变形分析

在位移要求严格控制的深基坑设计中,一般采用地下连续墙作为围护结构。以上海近邻地铁一号线的摩尔大厦基坑为例,分析基坑开挖的施工措施和地下连续墙的变形特征。实践证明,沿着连续墙对基坑内外进行土体加固和盆边留土抽条限时开挖措施,对于减小地铁隧道的变形是非常有效的。     

应变相关修正剑桥模型在基坑开挖中的应用

提出考虑上海软土在小应变情况下刚度随应变非线性衰减的应变相关修正剑桥模型(SDMCC),将其应用于基坑分步开挖和支护的数值分析中。采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D),建立了考虑支护结构与土体的接触作用的基坑有限差分数值模型,土体采用应变相关修正剑桥模型,分析了基坑开挖过程中围护墙侧移、地表沉降、坑底隆起等变形性状。     

Prediction of tunnel displacement induced by adjacent excavation in soft soil

Deep excavation may have impact on the adjacent tunnels. The interaction between new excavations and existing tunnels has been increasingly serious with the rapid development of underground space and metro system in urban area. It hence creates a high necessity to predict tunnel displacement induced by nearby excavation to ensure the safety of tunnel. In this paper, a semi-analytical method to evaluate the heave of underlying tunnel induced by adjacent excavation is presented and verified by field measurement results. The influence of excavation and the resistance of tunnel are obtained based on Boussinesq’s and Mindlin’s solutions, respectively. Then the soil–tunnel interaction behavior is analyzed based on the displacement coupling condition by assuming the tunnel as an elastic beam. A visco-elastoplastic model (VEP model) is employed to simulate the rheologic deformation of soil. The behavior of the tunnel underneath excavation is studied by the new method to discuss the influence of different factors, including excavation area, relative distance and construction procedure. Results of case studies show a good agreement between prediction and measurements.     

基于"m"法的深基坑支护结构三维分析方法

结合工程实例,提出了一种可以考虑土体、支撑系统、挡土墙三者共同作用的基坑支护结构三维简化分析方法.基于“m“法的基本计算理论,将地基土体考虑成坑内的土弹簧单元和坑外的水土压力,并建立支护结构和土弹簧的三维有限元模型来分析支护结构的内力与变形.应用该方法分析了上海铁路南站北广场深基坑工程的支护结构,计算结果与实测值基本吻合,并且可以从整体上把握结构的受力特性.     

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。     

下穿隧道对邻近桩基承载力与沉降的影响

总结了下穿隧道开挖对邻近桩基产生的影响和小孔扩张-收缩理论的相关研究,分析了两阶段分析法、整体分析法和室内模型试验3种常见研究隧道-桩基相互作用方法的优缺点,同时在总结岩土介质小孔扩张-收缩理论研究及其在桩基工程和隧道工程中应用的基础上,指出了现有小孔扩张-收缩理论在研究浅埋隧道开挖中的不足。提出一种关于浅埋隧道-桩基相互作用的求解思路,即考虑地表效应的影响,采用有限介质小孔扩张-收缩理论进行求解。给出了该方法的初始计算模型和计算流程图,并将理论计算所得各阶段土体的位移场与离心模型试验结果进行对比,验证了方法的可行性,最后基于此计算模型给出了各阶段土体的应力场及变化量。结果表明:小孔扩张-收缩理论可以考虑三维隧道开挖对邻近桩基的影响,为解决隧道-桩基相互作用提供了新的解决思路。     

一种新型框架组合支挡结构的设计研究

铁路通过不具备暗挖条件的深厚土层地区,通常采用浅埋隧道方案。当放坡开挖受限制时,基坑支护和支挡结构成为工程设计的难点。基于《欧洲岩土设计规范》土压力的规定,笔者对新型框架组合支挡结构进行探讨,重点分析了理论计算模型、荷载、配筋等关键技术问题,完善了细节设计。研究表明:该结构既可解决基坑支护问题,又可作为铁路两侧支挡结构,并广泛适用于地下水丰富,放坡受限,且开挖深度较深的地区。该框架组合支挡结构整体刚度大,抗弯刚度、抗剪强度高,可有效降低悬臂高度和顶部位移。最后,结合某工程实例,说明了该新型框架组合支挡结构的适用性和应用前景,具有进一步推广的价值。     

主体地下结构与支护结构相结合的复杂深基坑分析

结合一具体工程对主体地下结构与支护结构相结合的复杂深基坑进行了分析。基于土体硬化模型的平面有限元方法对基坑的施工过程进行了模拟,结果表明:该方法能较好地模拟围护结构的变形和墙后的地表沉降;同时主体地下结构的巨大支撑刚度有效地控制了基坑的位移,因而基坑开挖对地铁没有产生不利的影响。采用考虑梁板共同作用的三维有限元方法分析了变标高的首层水平支撑体系的受力和变形,基于切向弹簧边界分析了地下一层水平支撑体系的受力和变形,分析结果成功地指导了基坑的设计。     

坑中坑对软土基坑变形影响的有限元分析

以福州某设有坑中坑的软土深基坑工程为研究对象,采用土工有限元分析技术,考虑桩土相互作用,建立基坑开挖模型,土体采用HS模型模拟,分析围护桩水平位移变化特性,研究坑中坑开挖对外坑基坑变形的影响。通过与实际监测资料的对比分析,表明了坑中坑的存在对外坑围护结构的变形有很大影响,数值模拟计算方法在坑中坑工程中有良好适用性,对于类似工程具有指导意义。     

邻近隧道的岩质深基坑变形监测分析

以重庆某开挖深度近30 m、周围存在邻近隧道的岩质深基坑工程为例,介绍了支护桩加锚索、支护桩加分阶预留岩墙两种围护体系及基坑监测方案,并结合数值模拟对主要监测成果进行分析。分析结果表明:支护桩加分阶预留岩墙作为邻近隧道岩质基坑围护体系非常有效,桩身变形主要集中于土层部分,对坡顶部位进行加固,可有效提高边坡整体稳定性;邻近隧道会改变周围地表最大沉降点位置,其位置与隧道拱顶相对应;由于受连续介质及隧道几何形态的影响,围岩会改变位移场传递的方向,隧道主要表现为横向变形。     

基坑开挖对隧道稳定性影响的数值分析

结合江苏银行苏州分行园区办公大楼基坑工程,利用有限元软件ANSYS建立了三维计算模型,对基坑的开挖、围护引起临近的地铁隧道的变形性状进行了三维非线性有限元分析,从隧道的垂直沉降、水平方向变形等角度探讨了基坑开挖、围护对临近地铁隧道的影响,分析方法和所得结论可为该工程的设计与施工提供有益的科学依据。     

Numerical investigation of underlying tunnel heave during a new tunnel construction

This paper presents a case study of protecting existing tunnels during the construction of a new cut-and-cover tunnel above in Nanjing, China. Various construction measures, including sequential excavation, jet grouting, and a pile-slab retaining system were performed to control the heave of existing tunnels. Furthermore, a numerical analysis using a finite difference program, FLAC3D, was conducted to investigate the influence of different construction schemes on the tunnel heave. Finally, a comparison between numerical results and field measurements were carried out to study the influence on the tunnel heave from various factors, such as the ground reinforcement depth, excavation sequence, and the skew angle between new tunnel and existing tunnels. The results show that when the excavation volume is small, the uplift values of existing tunnels increase nonlinearly with the increasing excavation width of each step. The pile-slab retaining system combining with ground treatment method can control the tunnel heave within the required limits. The optimum ground treatment scope is about 1.5 times of the excavation depth in this project. Compared to other construction schemes, the tunnel heave will be the smallest under a staggered segmentation excavation method starting from the sides to the center.