地下连续墙支撑开挖监测及数值模拟

地下连续墙是保持深基坑开挖稳定性的重要技术之一,在地下连续墙基坑开挖过程中如何确保结构的稳定是岩土工程界十分关注的问题。以南京市区某基坑项目为例,通过测斜仪分析开挖过程中地下连续墙的变形趋势,采用数值软件对基坑开挖进行模拟,对比分析莫尔-库仑本构(M-C)模型和硬化土体模型(HS)的计算结果与实测结果之间的差异。结果表明,M-C模型会高估地连墙体底部的水平运动,而HS模型会低估地墙底部位移,但因HS模型计算的位移和实际测量位移之间的强相关性,因此数值模拟方法建议采用硬化土体模型(HS)进行建模,可以用来作为基坑开挖地连墙的初步变形趋势判断。     

基于HSS模型与MCC模型的深基坑降水开挖变形分析

在施工过程中基础、隧道和基坑周围土体除少数区域发生明显塑性变形外,其他大部分区域土体均处于小应变状态(10-2%~10-1%)。本文采用PLAXIS和ABAQUS有限元软件,土体本构模型分别采用HS-Small模型和MCC模型,模拟基坑降水开挖,对基坑变形结果进行对比分析。结果表明,修正剑桥模型由于未能考虑土体小应变特性,基坑位移变形模拟结果相对HS-Small模型偏大,弯矩模拟结果偏小。在进行敏感环境下的基坑降水开挖问题的数值模拟时,应采用能考虑土体小应变特性的本构模型,如HSS模型。     

沿海地区复杂地质条件下三角形深大基坑变形实测分析与数值模拟研究

以上海软土地区三角形深大基坑为背景,采用有限元软件,分析了基坑开挖过程中围护结构和周围土体的变形规律。同时结合三角形基坑的特殊结构形式,分析了不同边长、角点对于基坑变形的影响。研究表明：建立的有限元数值模型可以很好地预测基坑开挖引起的结构和地层变形;地下连续墙侧向位移呈现“鼓肚型”模式,墙后地表沉降在一定距离处出现沉降槽,且地下连续墙侧向位移和墙后地表沉降均随开挖深度的增加而增加;地下连续墙侧向位移和墙后地表沉降表现出显著的空间特性,在三角形长边中点处变形达到最大值,而在基坑角点附近,变形相对较小;角点角度越小,测点离角点越近,则变形越小。所得结论对于基坑工程的设计和优化具有一定的指导意义。     

框架逆作与顺作超大深基坑变形特性对比研究

针对某工程的框架逆作超大基坑,在考虑连续墙和土体之间的接触问题的基础上,采用Z Soil数值分析软件进行三维有限元数值模拟,其中土体采用能够反映土体硬化特性的Hardening-Soil模型。在此基础上,对框架逆作法施工与顺作法施工和全逆作法施工两种方案的围护结构侧移、墙后地表沉降和基坑二次变形等基坑变形特性进行了对比研究。结果表明:基坑开挖至底时,顺作基坑墙体最大侧移和地表最大沉降远大于框架逆作法和全逆作法基坑;全逆作法与框架逆作法基坑在拆除支撑后,其基坑墙体二次变形基本不变。     

某高层建筑上下部共同作用数值分析结果探讨

探讨采用不同土体本构模型对高层建筑考虑上下部结构共同作用的受力与变形产生的影响。以一桩筏基础高层建筑为例,采用ＤＩＡＮＡ有限元软件建立了整体三维模型,地基土分别采用传统的Ｍｏ-ｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型及硬化土ＨＳ和硬化土小应变刚度ＨＳＳ两种土的高等本构模型进行了基础及上部结构在自重荷载下的共同作用对比分析。结果显示:采用ＨＳ或ＨＳＳ模型相较Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型,筏板差异沉降较小,致使上部框架柱底轴力出现“中柱卸荷,边柱加荷”的效应不如后者明显;三种模型下框架梁的弯矩在每跨相交处均发生突变,反映了考虑共同作用后,基础的沉降特别是不均匀沉降对上部结构梁和柱的内力分布的影响;筏板和地表的沉降均呈现中间大外面小的碟形分布;Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型因难以准确描述土的应力－应变关系,其数值计算结果与实际会存在较大偏差,而ＨＳＳ和ＨＳ模型具有较高的定量计算精度,在上部结构－基础－地基土共同作用的数值分析中具有良好的应用前景。     

富水粉砂地层深基坑底部注浆加固数值模拟分析

以太原某地铁车站试验段的富水粉砂地层深基坑为依托,利用三维数值计算软件FLAC3D对该工程坑底加固、坑内降水及开挖进行模拟,并将数值计算结果与现场实测数据进行对比分析。结果表明:采用高压旋喷注浆联合双液注浆加固富水软弱地层基底,能够有效阻止坑外地下水向坑内渗流,基坑周边的地下水位在整个施工过程中变化很小。基坑开挖过程中,周边地表出现最大沉降的点距离地下连续墙5~10m,而且地表沉降最大影响范围未超过2倍开挖深度;地下连续墙变形在各开挖阶段均呈现中间大两端小的抛物线形式,最终产生的最大侧向位移为22.1mm,位于距离地表开挖深度的1/2~2/3处。提高土体的弹性模量能够显著地抑制坑底隆起变形,然而对坑外的地表沉降及地下连续墙水平位移影响并不大,因此在实际施工过程中,不能盲目增大水泥掺入量,以免造成浪费。     

大尺寸三角形基坑变形特性的现场试验研究

依托上海软黏土地层的某大尺寸三角形深基坑工程,通过开展现场试验,对基坑施工过程中的地下连续墙的侧向变形、地表沉降进行了监测,并对监测数据进行了系统分析。监测结果分析表明:不同于矩形基坑,大尺寸三角形基坑连续墙顶部的水平位移约为其最大水平位移的４０％ ～７０％;深基坑开挖结束后,拆除混凝土支撑产生的附加水平位移约为基坑开挖引起的墙体水平位移的３０％ ～４０％;三角形深基坑开挖引起的最大连续墙水平位移介于０．０５％Ｈ～０．３５％Ｈ（开挖深度）之间,大于矩形和圆形深基坑引起的连续墙变形。这主要是因为三角形基坑的内支撑不能同时垂直于支撑两端的地下连续墙。深基坑的端部约束效应导致地下连续墙呈现出明显的三维变形特性,基坑中部墙体的水平位移明显大于两端位移。     

考虑地表荷载的基坑降水开挖应力应变分析

考虑渗流-应力耦合作用下的基坑开挖是当前的研究热点。为定量研究地表荷载对基坑降水开挖过程中土体应力应变特性的影响,基于有限单元法,对某基坑的开挖过程进行模拟。结果表明:地表荷载对基坑开挖造成的位移和应力松弛影响很大,基坑底部卸荷回弹隆起明显;地表荷载对渗流路径和渗流速度没有影响,墙趾附近水流流速最大,易发生流土现象;存在地表荷载一侧的基坑边坡稳定性更低,连续墙发生更大的位移、轴力和弯矩。研究成果可为类似基坑工程降水开挖的设计和施工提供参考。     

轴对称柱坐标系下固结模型的建立及应用

为模拟井点抽水引起的圆形基坑内外土体位移和地下水位的变化,建立了轴对称柱坐标系下的饱和-非饱和土固结模型,不仅考虑了固结过程中地下水流动引起的饱和度和相对渗透系数的变化以及土骨架变形引起的孔隙率和饱和渗透系数的变化,还考虑了地下结构物的变形特性。基于上述模型,通过模拟圆形基坑抽水-水位恢复试验,研究地下连续墙对水头和土体位移的影响;另外,以上海世博500 k V地下输变电站基坑的抽水试验为例,模拟圆形基坑降水过程,将本模型的数值结果与其他计算结果对比,从而验证模型的准确性和实用性。     

暗挖地铁区间施工对周边环境的影响研究

以哈尔滨地铁某区间为依托，利用有限元软件ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ建立隧道开挖的数值分析模型，将实 际监测结果与模拟结果进行拟合，验证完模型合理性后基于此模型分析隧道开挖对土体水平位移及不 同施工工况下单、双线隧道的变形情况。分析结果表明:双线隧道施工时，隧道纵向1．5倍洞径外几乎 不受掌子面开挖影响且上部土体沉降影响范围处于4倍洞径范围内；双线隧道的最大水平位移出现在 隧道外侧拱腰处；开挖台阶长度增加，引起的地表沉降越大，且双轴隧道的最大沉降位置偏向于较先施 工的隧道。     

适用于砂土基坑变形分析的土体本构模型应用

我国现行的基坑设计规范条文中没有明确基坑土体变形计算的方法,尝试运用有限差分数值计算分析的方法进行砂土基坑土体变形规律分析。基于常规的土工试验结果,分析了砂土的受力和变形特征,并将分析结果作为本构模型选择的依据。经对比分析,认为FLAC3D自带的Cysoil本构模型能够描述砂土常规加卸载应力路径下的力学性质;同时还研究了Cysoil本构模型参数的取值方法以及采用Cysoil本构模型进行基坑开挖支护过程的模拟。最后将Cysoil本构模型应用于孟加拉国某深基坑工程中,得到的围护结构和内支撑变形规律与理正深基坑设计计算软件相同,在此基础上,进一步分析了数值计算得到的坑周土体变形特征。由于基坑开挖过程是土体卸荷的过程,卸荷回弹是基本趋势,因此只有在围护结构和内支撑的刚度不能维持土体弹性状态的部位,坑边土体才会出现沉降变形。研究成果可为类似工程基坑的设计提供参考,以优化围护结构和内支撑刚度。     

框架逆作深基坑变形特性三维数值分析

对基坑的变形特性进行数值分析在基坑设计中至关重要。结合实际工程框架逆作法超大基坑,选用Z Soil数值分析软件建立了全框架基坑模型并进行了数值模拟。由于需要考虑连续墙和土体之间的接触问题,土体则采用能够反映土体硬化特性的Hardening-Soil模型。为了更深刻的认识框架逆作法基坑变形的规律,并为设计者提供更好的参考,对影响框架逆作法基坑变形的一些主要参数进行了系统研究,包括框架梁截面尺寸、框架梁水平支撑竖向间距以及围护桩桩径等。结果表明:改变框架梁水平支撑竖向间距对围护墙的最大侧移、地表最大沉降有较大影响。增大围护桩桩径或框架梁的截面尺寸可以在一定程度上减小围护墙体变形,但超过某一定值时,其减小变形的效果将大大降低。     

地下连续墙与止水帷幕共同作用下富水砂层深基坑变形性状

研究富水砂层地下连续墙深基坑变形特性对深基坑工程实践具有重要指导意义。以某车站地下连续墙深基坑工程为依托,通过数值模拟和现场实测方法研究降水渗流作用下富水砂层地下连续墙深基坑施工变形性状及其影响因素。研究结果表明:地下连续墙水平位移曲线分布随开挖深度加深由“斜线”形—“弓”形—倒“V”形演变,墙体最大水平位移U_x,max及其位置深度H_x,max与开挖深度h_e符合线性关系,最大水平位移约为(0.048%～0.082%)h_e,其深度位置约为(0.60～1.20)h_e;地表竖向位移曲线分布沿横向水平距离呈凹槽形,沉降槽随开挖深度增加而变宽、加深,沉降变形显著影响区为(1.0~1.5)h_e,距坑边(1/3~1/2)h_e处地表沉降最大;考虑地下连续墙与止水帷幕共同作用的富水砂层深基坑变形与实测结果更为吻合,且帷幕隔水和挡土作用对基坑变形影响显著;地下水位上升、砂层厚度加深均引起墙体水平位移和地表竖向位移增大,当风化砂岩层渗透系数较大时,渗透系数增加对坑外地表竖向位移的影响较墙体水平位移显著,合理的止水帷幕深度及间距参数有利于控制基坑变形和保持稳定性。     

深大坑中坑基坑围护结构离心模型试验研究

圆形地下连续墙作为一种受力合理的围护结构,由于空间"拱效应"的存在,作用在拱圈上的土压力主要在地下连续墙内自身平衡,地下连续墙的水平位移相对较小。基于某深大圆形基坑工程实际,采用离心模拟技术研究基坑开挖过程中基坑围护结构的水平位移和弯矩分布规律。分析表明,基坑地下连续墙最大水平位移为11.6mm,位于上部基坑的中下部,并且随着开挖深度增大,墙体位移逐渐增大且最大位移点不断下移。研究成果可为圆形基坑开挖和支护过程中围护结构的变形规律分析提供参考。     

地下连续墙基坑开挖及其变形数值模拟分析

针对润扬大桥北锚碇基础地下连续墙连续开挖施工过程,基于ADINA三维有限元分析软件,建立了地下连续墙开挖三维有限元仿真计算模型。对地下连续墙基坑开挖过程中的水平位移及基坑中心隆起进行了模拟计算,并与实测结果进行了比较,同时对有关影响因素进行了分析。计算结果表明,ADINA计算模型能够较好模拟基坑开挖过程及其变形,最后结合施工结果讨论了计算分析的可靠性。     

深基坑地下连续墙施工期变形特性分析——以武汉光谷广场地铁站施工为例

为了探索施工期深基坑的变形特性,结合武汉市地铁光谷广场站深基坑工程实际,采用FLAC3D数值模拟软件,考虑基坑的实际施工开挖步序,对深基坑工程地下连续墙在相应支护体系下开挖过程中的变形特性进行了数值模拟,得到了采用地下连续墙支护结构的基坑开挖至不同深度时的变形场.根据变形场,分析得出了基坑各部位的变形特性,及最大水平、沉降变形量.通过对比分析发现,数值模拟结果与前期现场监测结果基本吻合,说明数值模拟分析结果对深基坑施工具有一定的指导意义,支护结构设计参数能够满足施工要求,可为其他类似基坑工程支护参数的选取提供参考.     

基于数值计算分析方法的地铁车站深基坑施工变形规律研究

文章依托深圳地铁4号线观澜站工程,通过FLAC~(3D)数值模拟软件,对深基坑开挖过程中的基坑变形特性开展研究,研究结果表明:基坑开挖会导致土体发生竖向位移,并在基坑底部发生坑底隆起;在基坑开挖后,地连墙会受两侧土体的挤压产生横向位移,呈函数型;在开挖过程中,最大地表沉降发生的位置是相对固定的,而围护结构最大侧向位移发生的位置是随着开挖深度不断增加的。     

非对称荷载涉水深基坑开挖全过程分析

随着城市的快速发展,地下空间的开发和利用使得深基坑工程施工全过程中的变形和稳定性问题越来越突出,以受到工程建设者的高度关注。通过数值模拟分析非对称荷载涉水深基坑开挖全过程中土体及支护结构变形,分析结果显示：（1）坑外水位变化不大时,随着基坑的开挖,地下连续墙的作用不断发挥,基坑外侧土体变形受基坑开挖影响较小,而基坑内侧土体由于受到开挖卸荷的影响,土体竖向变形量不断减小且有向上隆起的趋势。（2）坑外水位变化不大时,随着基坑的开挖,基坑左、右两侧地下连续墙上的最大位移逐渐增大且均指向基坑内侧,墙的支护作用逐渐发挥,且随着基坑的开挖,地下连续墙逐渐处于悬臂状态,最大位移均处于墙顶。（3）受基坑两侧非对称荷载的影响,同一工况下右侧荷载（大荷载）作用下地下连续墙上最大位移均大于左侧（小荷载）且同一工况及同一深度下右侧荷载（大荷载）作用下地下连续墙上位移均大于左侧（小荷载）。因此,实际工程设计和施工过程中不应忽视基坑两侧非对称荷载带来的支护结构上差异变形的影响。上述分析可对深基坑工程设计和施工提供一些借鉴和参考。     

反分析方法在基坑工程中的应用

本文根据大量的现场观测资料，用数值方法中的有限元法采用邓肯发展了一个可以进行开挖、加撑模拟分析的有限元程序；运用该程序分析基坑开挖过程中基坑周围土体的位移、墙体的水平领衔以及应力路径；提出了在地下连续墙基坑开挖过程中利用第一级（初期）开挖的观测资料运用反分析法反算与现场观测相一致的土体计算参数，为工程的设计和施工提供可靠的依据和信息。     

基于ANSYS的某深基坑降水开挖加固方案优化设计

为了验证某城市深基坑开挖加固设计方案的合理性,采用有限元软件ANSYS对基坑开挖加固过程进行全程数值模拟预测,研究了施工过程中基坑土体的位移和稳定安全系数变化规律,结果表明:(1)随着基坑开挖深度增加,基坑侧向土体和底部土体变形量也逐渐增加,预应力锚杆施工后变形量得到控制;(2)随着基坑开挖深度增加,基坑边坡的稳定性逐渐降低,采取素土夯实压重坡脚后基坑稳定性显著提高;(3)地下连续墙实际受到的轴力、弯矩和剪力均小于墙体极限刚度和极限强度,且变形较小,基坑结构整体稳定。相关研究成果可为类似基坑工程加固方案的优化设计提供借鉴。