软黏土中坑中坑式抗隆起稳定安全系数计算

坑中坑的开挖会明显降低基坑的抗隆起稳定性,目前的基坑抗隆起稳定分析方法基本没有考虑坑中坑的影响,导致基坑设计偏于不安全。在不同的参数影响下,坑中坑式基坑存在三种不同的破坏模式。对传统的圆弧滑动法的假定圆弧面进行改进,通过移动圆弧面的圆心,分别构建不同破坏模式下对应的圆弧滑动面。根据圆弧滑动面的特征,全面搜索得到最危险的滑动面,从而确定坑中坑式基坑的抗隆起稳定安全系数。将该方法与强度折减有限元法进行对比,通过算例分析内坑宽度及深度、内外坑间平台宽度、软土层的不排水抗剪强度对基坑抗隆稳定性的影响。发现改进的圆弧滑动法计算得到的抗隆起稳定安全系数与强度折减有限元法基本吻合。     

坑趾系数对坑中坑基坑变形影响的敏感性分析

采用土体卸载的HS有限元模型研究地铁换乘站坑中坑坑趾系数α对支护结构和土体变形的影响。结果表明:外墙最大侧移随坑趾系数增大而显著减小,侧移位置上移,α从0.25增加到1.5,外墙最大侧移从44.96 mm减小到30.71 mm,侧移深度从18.875 m上移到16.0 m;内墙侧移随α增大而减小,α从0.25增加到1.5,内墙最大侧移从45.74 mm减小到24.48 mm,内墙墙顶竖向位移随α增大而增大;内坑坑底在内墙10 m范围内出现显著隆起区,最大隆起量随α增加而减小,隆起区外的隆起值稳定保持在90 mm左右;外坑坑底隆起随α增大而增大,最大隆起位置出现在内墙外侧边缘,外墙内侧边缘的挤压隆起随α增大而增大,隆起范围和隆起量都较为显著;外坑坑背沉降曲线相似,沉降量随α增大而减小。     

被动区土体加固范围对整个深基坑的影响

基于数值模拟方法探讨了被动区土体(坑底土体)加固范围对整个基坑的影响;建立了地面沉降最大值、坑底隆起最大值、支护墙顶水平向位移和基坑整体稳定性安全系数分别与加固深度、加固宽度的关系曲线。研究结果表明:随着加固范围(加固深度或加固宽度)的扩大,整个基坑的变形减小且趋向均匀,结构的受力变得合理,主要表现为坑底隆起总体减小,地面沉降、支护墙弯矩(或剪力或轴力)、支护墙水平向位移(除支护墙顶水平向位移稍有增加外)明显减小,且趋于某一稳定值;当加固宽度为整个宽度的一半(即为7.5m)时,不同加固深度的坑底隆起曲线为近于平行的台阶型曲线束,而当加固宽度为15m时,坑底隆起曲线为近于平行的平缓型曲线束;当加固深度不变而加固宽度逐渐增大时,靠近坑壁的坑底隆起值明显减小,高隆起区范围逐渐缩小,特别是全宽度加固时,已无高隆起区;随着加固范围的增大,整个基坑的稳定性安全系数增大;坑底土体的加固对基坑是有利的;加固范围中存在适当的加固深度,而加固宽度越大越好。     

坑中坑开挖对桩锚支护基坑稳定性与变形的影响

桩锚支护结构是深基坑常用的支护形式之一,在工程中已获得广泛应用。深基坑开挖后再次开挖内坑会对基坑整体稳定性与变形造成不利的影响。依据合肥市滨湖新区恒大中心深基坑为原型,基于Flac3d数值模拟,分析了坑趾系数、内外坑深度比、外坑支护结构插入比对基坑整体稳定性及变形的影响。分析结果表明:该基坑坑中坑支护设计是可靠和安全的;内坑施工对基坑整体稳定性及围护结构最大变形的影响随坑趾系数、外坑支护结构插入比的增大而减小,随内外坑深度比的增大而增大;内外坑深度比和坑趾系数的变化对基坑整体稳定性及围护结构最大变形的影响皆敏感,且对围护结构最大变形的影响更为显著。     

软土地区坑中坑式基坑工程的变形特性研究

通过翻阅大量的文献,采集、整理、研究大量有关坑中坑式基坑工程的变形数据,对内、外坑开挖深度、间距,围护结构侧向变形值等有关参数之间关系进行分析,结果表明:当开挖总深度不变时,外坑围护结构最大侧向变形随内外坑间距的增大而减小,内坑围护结构最大侧向变形随内外坑间距的增大而增大;内墙插入比对外坑围护结构最大侧向变形量的影响不大,但内坑围护结构最大侧向变形量随内墙插入比的增大而减小。外坑围护结构最大侧向变形量随外墙插入比的增加有减小的趋势。在忽略内坑影响的情况下,外坑开挖深度与地表最大沉降量之间的关系类似,考虑内坑影响时周围地表沉降量相比单级基坑更大,同时内坑的开挖深度与地表最大沉降量不再符合单基坑的线性规律。     

软土地区基坑坑底抗隆起稳定计算分析

基坑坑底抗隆起稳定性验算在软土地区基坑工程设计中位居核心地位,不仅关系到基坑的稳定及周边环境的安全,还影响基坑工程的造价。对基坑坑底抗隆起计算方法及适用条件进行梳理,结合工程实例,以极限平衡法中的圆弧滑动模式为基础,计算分析了围护墙插入比、最下道支撑的位置、坑内加固及基坑尺寸对坑底抗隆起稳定性的影响。结果表明增加围护墙插入比、减小最下道支撑与坑底的距离、增加坑底土体加固均能有效增加坑底抗隆起稳定性;对于基坑宽度较小的狭窄基坑应考虑空间约束效应,若以传统的圆弧滑动计算模式则过于保守,会造成较大浪费。     

基于强度折减的坑中坑稳定分析方法

基于南昌艾溪湖当前最深水下基坑公轨叠合共建项目,选取了典型坑中坑断面形式,基于考虑圆弧滑动面的极限平衡理论,分析计算得到了该典型断面的滑动破坏面经过内坑坑趾,并总结了一般基坑稳定性计算模型,使之能够应用到其他形式断面中。通过带有强度折减技术的有限元软件分析了强度折减条件下滑裂面的发展形式,分析了与理论计算结果的差异主要体现在滑裂面的形式上。应用强度折减法,分析了该断面不同的施工阶段的加固措施对坑中坑安全稳定系数的影响,指出开挖完成后施工内坑底板可以极大提高坑中坑的稳定性,以及其他工序对坑中坑安全系数的影响。最后结合规范中的变形控制规定以及圆弧条分法的特点,指出规范算法应用于坑中坑工程的计算结果偏于保守,仍有较大优化空间。     

上海管廊基坑圆弧滑动抗隆起稳定性计算探讨

管廊基坑开挖宽度与深度比值较小,为典型的狭长形基坑。上海市地方标准DG/TJ 08-61—2018《基坑工程技术标准》在坑底土体圆弧滑动抗隆起稳定性验算时,无法考虑基坑宽度的影响,未利用狭长形基坑的空间效应,从而造成较大的浪费。针对管廊基坑的特点,将其分为普通基坑、狭长形基坑和极狭长形基坑3类,同时基于上海标准中的计算公式,考虑基坑开挖宽度的连续变化,推导出适用不同宽度基坑的圆弧滑动稳定性验算公式,并探讨基坑开挖宽度对圆弧滑动稳定性系数的影响规律,可为工程设计提供参考。     

考虑土体强度不均匀性时宽窄基坑坑底隆起稳定研究

在基坑坑底隆起稳定性分析中,准确的破坏模式及滑动面是确定安全系数的基础。然而,基坑坑底隆起破坏模式种类繁多且形式各异。传统的经典基坑坑底隆起稳定分析以及规范分析方法在破坏模式及滑动面的选取上均存在差异和局限性。基于不连续布局优化法,首先研究了土体强度不均匀性对不同宽度基坑坑底隆起稳定性的影响。结果表明,软土层厚度较大且土体强度沿深度逐渐增长时,宽基坑坑底隆起滑动面并不覆盖整个坑底,即相当于软土层下部存在一硬土层,限制了滑动面向下延伸。进一步,分析了围护结构长度及抗弯强度对破坏模式及安全系数的影响,并提出以滑动面触碰围护结构来区分宽窄基坑。在宽基坑中,当围护结构嵌固深度较小时,失稳破坏滑动面并不通过桩底,此时应用绕最下道支撑的圆弧滑动模式时应适当修正滑动面半径。对于窄基坑,应用圆弧滑动模式时需修正坑内滑动面,以考虑窄基坑的空间效应对安全系数的提高作用。     

内墙插入比对坑中坑基坑变形影响的敏感性分析

以苏州某地铁换乘站坑中坑为基本模型,采用土体卸载条件下的HS有限元模型,系统研究了内墙插入比对坑中坑基坑支护结构和基坑土体变形的影响。结果表明:外墙侧移受内墙插入比影响甚微,除内墙插入比0.25时出现踢脚破坏外,内墙墙身、墙顶侧移随内墙插入比增大而增大,而内墙墙脚趋势相反。内坑底在距内墙10m附近出现显著隆起区,最大隆起量在96~99mm范围内并不受插入比影响,但隆起范围随插入比增大而增加;在显著隆起区外,内坑隆起量稳定在90mm,且不受插入比影响。外坑坑底隆起和外坑坑背沉降受内墙插入比影响较小。     

坑中坑开挖对悬臂式支护结构侧移的影响分析

悬臂式支护结构比内撑式支护结构对变形更为敏感,坑中坑开挖将对悬臂式支护结构侧移产生较大影响。利用有限元计算程序,建立坑中坑有限元模型并作全面数值模拟研究,得到了坑中坑不同开挖位置、深度及大小对围护结构变形的影响规律,并探讨了相应的变形控制措施。结果表明：外坑围护结构最大侧移随坑趾系数的增大而减小,并且坑趾系数存在临界值,最大侧移随着深度比和面积比的增大而增大；围护结构侧移受深度比影响最大,坑趾系数次之,面积比最小；增大内坑围护结构刚度和入土深度对抑制外坑围护结构变形增大的作用不明显,相反,内坑设置支撑能起到显著的作用。     

台宽比对坑中坑基坑变形的影响分析

台宽比即坑中坑基坑土台与基坑宽度的比值。作为坑中坑基坑的重要设计参数,台宽比对基坑变形有着直接的影响。本文运用二维有限元软件对不同台宽比下某深长坑中坑基坑开挖进行动态模拟,通过对地表沉降和围护墙体变形规律分析得出有利于此类基坑设计的指导性建议。其中:当台宽比小于0.67时,基坑左侧不宜按外坑深度进行单元计算,可考虑按基坑总深度进行单元计算;当台宽比大于等于0.67时,基坑左侧可考虑按外坑深度进行单元计算;当台宽比小于0.67时,基坑右侧宜按基坑总深度进行单元计算;当台宽比大于等于0.67时,可适当减小基坑右侧单元计算深度;当台宽比不大于0.5时,内坑支护效应对基坑的整体稳定性影响较大,宜增加中墙整体刚度或插入比。     

基坑抗隆起稳定安全系数实用计算分析与应用

总结基坑由于插入深度不足导致的坑底隆起破坏的两种形式,研究基坑抗隆起稳定安全系数Ks计算公式的适用性及局限性,指出常用公式的错误,给出考虑因素更多、更适用的修正公式,并对修正公式的敏感性进行分析。运用该修正公式及数值方法分析基坑变形与Ks值的关系,指出Ks值对控制基坑变形的意义;通过分析发现基坑变形在Ks小于某值时发生突变,证明基坑设计存在一个最优的插入比。给出考虑因素全面、计算简便、更能反映工程实际的Ks计算公式,并得到一些对工程具有指导意义的结论,可以在基坑设计、施工中应用。     

基坑抗隆起稳定安全系数实用计算分析与应用

 总结基坑由于插入深度不足导致的坑底隆起破坏的两种形式，研究基坑抗隆起稳定安全系数Ks计算公式的适用性及局限性，指出常用公式的错误，给出考虑因素更多、更适用的修正公式，并对修正公式的敏感性进行分析。运用该修正公式及数值方法分析基坑变形与Ks值的关系，指出Ks值对控制基坑变形的意义；通过分析发现基坑变形在Ks小于某值时发生突变，证明基坑设计存在一个最优的插入比。给出考虑因素全面、计算简便、更能反映工程实际的Ks计算公式，并得到一些对工程具有指导意义的结论，可以在基坑设计、施工中应用。     

土质斜坡坡顶沉桩对指定滑动面安全系数影响分析

利用边坡稳定性计算方法,基于球孔弹塑性扩张理论,研究了沉桩力、桩端塑性区以及桩体抗滑作用对沉桩过程中滑动面安全系数的影响。通过算例,对沉桩全过程中滑动面安全系数变化进行了研究,并对桩径,边坡角度以及沉桩距边坡顶点距离对沉桩过程中边坡滑动面安全系数变化的影响进行了分析。结果表明:沉桩力及桩端塑性区对滑动面稳定性产生不利影响,使安全系数降低;当桩体穿过滑动面之后,桩体起到抗滑作用,显著提高滑动面安全系数。桩径越大,沉桩前期安全系数下降速度越快,但桩端穿过滑动面后安全系数提升也更加显著;边坡角度越大,沉桩后边坡安全系数越小;沉桩离边坡顶点越远,在沉桩前期由于沉桩力导致的安全系数下降速度越慢,塑性区对安全系数的影响也逐渐减缓,当沉桩远离边坡顶点距离达到一定值后,沉桩将不再对滑动面稳定性产生影响。分析结果对邻近边坡沉桩的设计和施工具有一定的实用价值。     

考虑二维和三维尺寸效应的基坑抗隆起稳定安全系数

大量工程实践均表明,小尺寸基坑具有更好的稳定性,表现出明显的尺寸效应。但现有规范推荐的基坑稳定分析方法均假设基坑宽度和尺寸对安全系数没有影响,造成小尺寸和狭窄基坑围护设计的巨大浪费。目前,还没有采用解析方法计算的安全系数能够合理地考虑基坑的三维尺寸效应。为解决基坑稳定性的三维尺寸效应问题,提出了一个新的基坑安全系数K_W,把基坑底隆起失稳问题简化为弹性半空间上在坑底施加一个负载所引起的塑性区扩展问题。基坑开挖形成的负载绝对值为γ₁H。围护墙的存在导致基坑达到失稳极限状态时的塑性区向下扩展延伸,当塑性区的破裂面通过围护墙底时达到负载的极限状态。采用弹性力学解析解可计算出负载引起的附加应力,与地应力场叠加可计算出极限负载p_u的大小,考虑坑外超载q后,定义K_W=p_u/(γ₁H+q)。利用这个新的安全系数不但可以分析长条形基坑宽度和矩形基坑大小对围护结构稳定性的影响,还可以针对基坑不同位置计算安全系数。本文方法为利用基坑的二维和三维尺寸和空间效应缩短围护结构入土深度提供了一个有力的理论工具,有极高的推广应用价值。     

基坑施工邻域隧道围土应力路径演变规律研究

为研究基坑开挖过程中邻域既有隧道周围土体应力路径演变规律,采用Mindlin经典理论,求解基坑底部和四周侧壁卸荷效应在隧道围土各点引起的附加应力场,并与初始应力场相叠加可得各点的现有应力场与应力路径,选用Mohr-Coulomb强度准则作为土体破坏控制标准以判断隧道围土各方向土体安全度。研究表明 :(1)随基坑开挖深度增加,隧道围土各点应力路径呈现靠近主应力破坏线K_f的演变趋势,其中隧道顶部与靠近基坑侧土体处于易破坏状态,隧道底部与远离基坑侧土体处于较安全状态。(2)沿隧道轴向,基坑开挖对邻域既有隧道围土应力场影响以一倍、二倍基坑开挖宽度为界线。一倍基坑宽度内为强影响区,一倍至二倍基坑开挖宽度内为过渡区,二倍基坑宽度外为弱影响区。(3)基坑与隧道净距越大,基坑开挖对隧道顶部和靠近基坑侧土体应力路径影响越小,该方向计算点处土体应力路径演变规律越趋于相似和稳定。     

疏排桩-土钉墙组合支护结构工作原理

针对新型疏排桩-土钉墙组合支护结构,以疏排桩间抛物线土拱轴线和平面主动滑裂面假设为基础,阐述了疏排桩-土钉墙组合支护原理,对支护结构拱前滑裂土体失稳破坏、土拱自身强度与失稳破坏和结构整体失稳破坏三种破坏模式进行了探讨,推导了土钉墙荷载分担比、局部稳定性和整体稳性计算式。参数分析表明：土钉墙荷载分担比随土体强度的提高而减小,随疏排桩间距与基坑深度比值的增加而增加,支护结构稳定性随疏排桩间距与基坑深度比值的增加而减小,随土钉长度与基坑深度比值的增加而增加。并通过工程实例验证了建议方法的合理性。图12表1参9     

坑中坑式基坑工程内外坑围护结构变形相互影响研究

在大量数据调研的基础上,对内外坑开挖深度、插入比对内外坑围护结构水平位移和竖向位移的影响进行了分析。结果表明:外坑开挖完成后外坑围护结构的变形已基本达到稳定值,内坑开挖对外坑围护结构变形的影响较小;内墙插入比对内坑围护结构侧向变形以及外墙插入比对外坑围护结构侧向变形均有较大的影响,均随插入比的增加而减小;内墙插入比对外坑围护结构侧向变形以及外墙插入比对内坑围护结构侧向变形的影响均不大。内外坑坑底的最大竖向位移受外墙插入比的影响也比较小。