疏排桩-土钉墙组合支护基坑土拱效应模型试验

采用同济大学中型岩土离心机进行了8组疏排桩-土钉墙组合支护基坑的离心模型试验。基于离心模型试验结果,提出了疏排桩-土钉墙组合支护基坑桩间土拱效应的最终形态分析模型,并结合三维有限元数值分析探讨了桩间土拱效应的动态发展过程以及桩间距和土钉参数对土拱形态的影响规律。研究结果表明:当桩间距与桩径之比B/D≥8或土钉长度与基坑开挖深度之比L/H≥2/3时,桩间土体无明显土拱效应;当桩间距与桩径之比B/D=4～6且土钉长度与基坑开挖深度之比L/H2/3时,桩间土拱效应明显;疏排桩-土钉墙组合支护基坑的土拱最终形态表现为沿基坑顶面成抛物线形,延基坑深度方向具有一定直立深度的曲面。     

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。     

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.     

深基坑空间效应机理及考虑其影响的土应力研究

以坑周土体为研究对象,根据土体中土拱效应及滑裂面的相对位置关系分析深基坑工程空间效应的形成机理;根据受空间效应影响土体微元和不受空间效应影响土体微元的应力状态,推导考虑空间效应的支护结构土正应力计算公式.研究表明:空间效应的本质为坑周土体中的拱效应对支护土正应力和变形等特性的影响,研究空间效应时采用基坑长深比更合理;考虑空间效应的土正应力计算公式可以精确地计算支护结构上某点处的土正应力值,是关于该点深度和至坑角距离的二元函数,弥补了基坑设计规范中土正应力计算公式只与深度相关的缺陷.算例表明,该公式可以反映支护结构上土正应力的整体分布情况.     

支撑式支护结构上土压力的模型试验研究

通过对二道内支撑加地下连续墙支护结构进行室内模型试验,模拟深基坑支护结构施工与开挖过程,通过量测试验中每一工况下模型支护结构上的土压力,分析内支撑式支护结构在基坑开挖中土压力分布形态的变化规律.模型试验结果显示二道内支撑式支护结构的主动区土压力基本上均大于朗肯主动土压力.在基坑上部,试验值与静止土压力较为接近,甚至超过静止土压力;在基坑中、下部以及坑底以下,土压力介于主动土压力与静止土压力之间.采用太沙基-佩克土压力包络图计算内支撑支护结构的墙后土压力是偏于安全的.     

弧形间隔排桩-土钉墙组合支护结构研究

为了充分合理地利用地表地形、地质结构和混凝土的材料特性,改进直线排桩的不利受力性状和提高排桩的整体稳定性,提出弧形间隔排桩—土钉墙组合支护结构,通过基坑支护的4组水平向千斤顶试验机模型试验,并利用ABAQUS有限元分析软件,对横向荷载下弧形间隔排桩和土钉墙的变形特征进行研究,分别讨论不同桩距、基坑高度和土钉长度的基坑支护结构变形性状。试验结果表明:在一定荷载下,减小桩距或基坑高度可降低基坑支护结构的变形,当土钉长度与基坑高度之比小于0.29时,桩间土钉墙变形明显;当土钉长度与基坑高度之比大于0.29时,其变形不明显。     

考虑平动位移效应的刚性挡土墙土压力理论

针对平动模式下的刚性挡土墙,研究了考虑平动位移效应的非极限状态土压力计算理论.考虑墙体平动位移对墙后填土内摩擦角及墙土接触面上外摩擦角的影响,建立了内外摩擦角与位移之间的关系公式.对平动未达到极限位移的挡土墙,结合位移与摩擦角之间的关系,分析了最不利情况下墙后土楔的受力情况,得到考虑位移效应的非极限状态土压力计算公式.通过比较,发现理论公式计算结果与模型试验结果较吻合.     

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。     

位移对刚性挡土墙被动土压力分布的影响

基于库仑被动土压力理论和极限平衡法,提出一种改进的重力式挡土墙被动土压力分析方法。该方法能反映挡土墙变位模式和位移大小的影响,还能考虑和挡墙位移相关的墙后填土发挥的内摩擦角对土压力分布的影响。分析结果表明,随着挡土墙顶位移的增大,墙后填土达到极限平衡状态的区域逐渐增大,墙后土压力逐渐增大;只有当墙顶位移充分大时,才能达到库仑被动极限平衡状态,相应的土压力等于库仑被动土压力。     

上海软土地区某逆作法地铁深基坑变形

以上海软土地区某逆作法地铁车站深基坑项目为工程背景,通过分析现场监测数据,研究逆作法深基坑的变形性状及对周围环境的影响.研究结果发现:该基坑变形表现出显著的空间效应:中间标准段围护结构最大侧移的统计范围为(0.25%~0.45%)H,明显大于端头井的(0.10%~0.25%)H,中间标准段立柱隆起的上限为0.26%H,明显大于端头井的上限0.18%H,中间标准段开挖引起的管线沉降明显大于端头井开挖引起的管线沉降;既有地下结构对基坑变形有明显的遮拦效应,导致中间标准段西侧的围护结构侧向变形较小;基坑开挖导致邻近浅基础建筑物发生较大的沉降,甚至破坏建筑物的结构整体性,引发墙体开裂;受软土流变特性的影响,浅基础建筑物和地下管线都产生一定程度的工后沉降.     

土-水特征曲线在雨后基坑边坡稳定性评价中的应用

为研究雨型和基坑坡顶硬化长度对非饱和土基坑稳定性的影响,采用GeoStudio中SEEP/W模块进行降雨模拟,得到雨后坡体孔隙水压力和体积含水率的分布特征。然后将降雨模拟结果导入到SLOPE/W模块中,结合固结快剪试验得到的抗剪强度参数进行数值计算,并对基坑边坡的稳定性进行评价。结果表明:瞬时强降雨入渗深度小,长时普通降雨的入渗深度大;坡顶硬化有利于限制雨水入渗,可减少入渗至滑面内的量,有利于基坑稳定;当坡顶硬化长度为3 m时,降雨对基坑稳定性影响不明显,长度为5 m时,基坑稳定性基本不受降雨的影响;基坑边坡土体初始含水率较低时,前期降雨对基坑稳定性不仅没有不良影响,反而有利于基坑稳定。最后,以实际滑坡为例,对模拟结果进行了验证并说明了坡顶硬化对基坑边坡稳定性的重要性。     

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。     

非对称基坑开挖监测位移下数值对比分析

以南京市青奥轴线地下交通工程主隧道基坑非对称开挖水平位移监测数据为依据,对水平位移监测值与ABAQUS数值模拟值进行对比分析。得出结论:墙体水平位移首先是悬臂开挖的墙顶向外发生三角形分布的位移,然后随着支撑的架设,墙体发生转动,数值模拟值与实际监测值基本符合;在开挖面附近的土压力,随着墙体高度的增加而增大;在支撑以上部分,模拟值要小于计算值,而在开挖面以下部分,则模拟值大于计算值;随着悬臂段开挖深度的增加,悬臂段最大土压力值也在逐渐增加,墙底土压力值在逐渐减小。     

深基坑变形影响因素的正交分析

随着基坑向大、深方向发展,对变形控制也越来越严格,深基坑变形已成为基坑设计中的首要因素。综合深基坑设计中影响变形的多个常见因素,在单因素影响基坑变形基础上,进行了多因素组合下的8个因素4个水平的正交设计,分别对地面沉降、建筑物基础沉降差、围护结构水平位移、基坑隆起值4个指标进行考察,研究各因素的敏感性大小和显著性分析。分析结果表明,支撑间距、土体变形模量、开挖深度是基坑设计中较为重要的因素,其他因素对深基坑变形影响较小。     

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.     

Non-limit passive soil pressure on rigid retaining walls

This paper aims to reveal the depth distribution law of non-limit passive soil pressure on rigid retaining wall that rotates about the top of the wall(rotation around the top(RT) model). Based on Coulomb theory, the disturbance degree theory, as well as the spring-element model, by setting the rotation angle of the wall as the disturbance parameter, we establish both a depth distribution function for sand and a nonlinear depth distribution calculation method for the non-limit passive soil pressure on a rigid retaining wall under the RT model, which is then compared with experiment. The results suggest that under the RT model: the non-limit soil pressure has a nonlinear distribution; the backfill disturbance degree and the lateral soil pressure increase with an increase in the wall rotation angle; and, the points where the resultant lateral soil pressure acts on the retaining wall are less than 2/3 of the height of the wall. The soil pressure predicted by the theoretical calculation put forward in this paper are quite similar to those obtained by the model experiment, which verifies the theoretical value, and the engineering guidance provided by the calculations are of significance.     

考虑位移和时间的土压力计算方法

根据基坑开挖工程的特点,建立了考虑位移和时间效应的土压力计算公式。其次,提出考虑开挖影响土抗力计算式,然后在ＬＢＡＣＫ弹性地基梁有限元计算程序的基础上,采用考虑位移和时间效应的土压力计算公式对土压力计算程序进行了修改以及对参数反演部分作了相应的修改。最后,在实际工程中进行了实际计算的分析。     

软土基坑支护深度滑移线解研究

基于滑移场理论,分析了基坑底部被动滑移区BDE、过渡区BCD和主动滑移区ABC的区域应力状态,推算出基坑底部在假设支护深度为t时的土体极限承载力滑移线解,并以此反算出满足软土基坑抗隆起稳定安全性要求的支护深度。此外,还可求出软土基坑抗隆起稳定性安全系数以应用于抗隆起稳定性验算,并且在均质土前提下,经过简单换算得到与普朗德尔极限平衡理论公式的基坑抗隆起稳定性安全系数k相同的结果。结合工程实例验证了软土基坑支护深度滑移线解和软土基坑抗隆起稳定性安全系数的合理性。     

双面加筋土高挡墙的侧向土压力分布试验研究

对高为33～55 m的双面加筋土挡墙进行离心模拟试验,测得的面板上土压力分布从上至下呈先增后减型。基于加筋土挡墙的破坏模式,对于面板侧向土压力分布进行探讨。综合分析本次试验结果和现场测试,从理论上分析了加筋土挡墙面板上侧向土压力的分布,并对目前《公路加筋土工程设计规范》中基于侧向土压力进行设计的方法提出质疑。