基于强度折减法的深基坑开挖坑底稳定性分析

基于强度折减法,对基坑的稳定性问题进行了分析,讨论了影响基坑稳定性的主要因素,分析表明：利用强度折减有限元方法得到的安全系数要高于传统的极限平衡方法计算得到的坑底稳定安全系数,土体渗透系数、围护结构插入深度等对安全系数均有影响。     

K0固结黏土基坑抗隆起稳定性上限分析

软黏土中深基坑开挖支护系统设计一般由不排水稳定控制。考虑基坑开挖引起土体应力主轴旋转和土体不排水抗剪强度的各向异性,首先基于所提出的各向异性本构模型推导了三轴条件下软黏土的不排水强度公式并结合Casagrande和Carillo推荐的能考虑土体应力主轴旋转的软黏土强度公式,提出一种适合于基坑开挖抗隆起稳定分析的K0正常固结软黏土的不排水各向异性抗剪强度。假定Prandtl的土体滑移破坏形式,运用塑性极限分析上限定理推导非均质土层中深基坑开挖的抗隆起稳定公式。研究了基坑开挖土体强度各向异性比、挡墙入土深度、坑底硬土层对抗隆起安全系数的影响。并与基于MIT-E3模型的有限元计算结果及其它文献中的算例进行验证,说明该方法的适用性。     

K_0固结黏土基坑抗隆起稳定性上限分析

软黏土中深基坑开挖支护系统设计一般由不排水稳定控制。考虑基坑开挖引起土体应力主轴旋转和土体不排水抗剪强度的各向异性,首先基于所提出的各向异性本构模型推导了三轴条件下软黏土的不排水强度公式并结合Casagrande和Carillo推荐的能考虑土体应力主轴旋转的软黏土强度公式,提出一种适合于基坑开挖抗隆起稳定分析的K0正常固结软黏土的不排水各向异性抗剪强度。假定Prandtl的土体滑移破坏形式,运用塑性极限分析上限定理推导非均质土层中深基坑开挖的抗隆起稳定公式。研究了基坑开挖土体强度各向异性比、挡墙入土深度、坑底硬土层对抗隆起安全系数的影响。并与基于MIT-E3模型的有限元计算结果及其它文献中的算例进行验证,说明该方法的适用性。     

某深层搅拌桩复合土钉墙的稳定性分析

为得到某深层搅拌桩复合土钉墙的稳定性情况,采用极限平衡法和有限元强度折减法两种方法对该基坑工程进行了稳定性计算.计算结果表明,该支护方案满足稳定性要求,且两种方法所得的安全系数比较接近.     

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析

采用强度折减法,根据基于摩尔-库仑屈服准则的广义米塞斯屈服准则（D—P准则）,通过前后处理软件,对边坡稳定性进行非线性有限元分析。综合考虑土体参数的变化和边坡边界条件的特点,从计算结果中分析边坡的位移,变形及其塑性发展趋势,从而可以得出安全系数。结果表明：强度折减法分析边坡稳定性时,不但能够得到边坡的安全系数,而且能够确定最危险滑移面。     

某边坡抗滑桩失效机理研究

采用二维有限元强度折减法,分析了基坑开挖、抗滑桩桩径、桩长和强降雨等因素对某边坡稳定安全系数、最大剪切应变和抗滑桩最大弯矩的影响.通过类比分析表明,该边坡抗滑桩失效原因是由基坑开挖、抗滑桩桩长太短和强降雨等因素共同促成;在此边坡工程岩层情况下,当抗滑桩桩长达到18 m以上时,最大剪切应变可以控制发生在中风化泥岩以下,而且不会对上部坡体产生较大剪切变形;采用有限元强度折减法计算出来的抗滑桩弯矩图和传统的悬臂桩法计算的结果接近,且和工程上采用经验法计算出的抗滑桩弯矩图近似.本文的分析方法和分析结果可以为以后边坡抗滑桩设计提供一定借鉴意义,也为基坑开挖后果的预测提供可行的研究方法.     

基于二阶锥规划理论的有限元强度折减法及应用

针对岩土体稳定性问题,常用的方法有极限平衡法和有限元强度折减法等。传统的有限元强度折减法通常需设置很大的最大允许非线性迭代次数(如200或500),计算耗时严重,此外,采用的平衡迭代和应力积分算法可能导致岩土体塑性区计算不够准确,进而影响稳定性分析结果。提出一种二阶锥规划有限元强度折减法,该方法基于Hellinger–Reissner混合变分原理和有限元法,将岩土体弹塑性问题构造成基于有限元框架的二阶锥规划问题,结合强度折减技术来分析岩土体稳定性。将该新方法应用于平面应变岩土体稳定性分析,结果表明:与传统的有限元强度折减法相比,新方法结果可靠,但其计算效率更高,所获得的塑性区更加平滑。     

利用有限元强度折减法分析岩质边坡的稳定性

基于有限元强度折减法,利用ANSYS有限元软件,对岩质边坡在地应力作用下进行了稳定性分析。选用D-P屈服准则,以边坡的位移计算不收敛及塑性区贯通作为边坡失稳判据,得到边坡的安全系数及破坏滑动面。通过与成熟的极限平衡法做比较,证明边坡稳定性安全系数是合理的,从而也说明强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的优越性。     

用有限元方法分析基坑开挖的可靠度

基坑稳定性评价是岩土工程中的重要问题,基坑土体参数通常表现出较强的变异性,因此可靠度分析方法能更合理评价基坑的稳定状态。采用有限元方法对基坑开挖、支护进行模拟,并对开挖后的基坑进行强度折减计算,得到基坑稳定性安全系数,然后结合Rosenblueth统计矩法对基坑稳定性进行可靠度分析。分析方法简单,能够获得合理的结果,可为基坑工程设计和施工提供参考。     

边坡强度参数非等比例相关联折减法研究

为了克服现有双折减系数法确定双安全系数的不足,在强度参数分布服从线性衰减假定的基础上,推导黏聚力折减系数与内摩擦角折减系数之间的非等比例相关关系;将此关系引入传统的有限元强度折减法中,提出有限元强度参数非等比例相关联折减法;借助ABAQUS有限元数值计算软件实现了基于场变量的有限元强度参数非等比例相关联折减法,从而提高有限元法求解边坡双安全系数的效率;为了在双安全系数的基础上表征边坡的整体安全储备,提出以抗剪强度参数对抗滑力的贡献为权重的综合安全系数;最后结合算例,通过对比分析3种不同折减方式下边坡的滑面位置及综合安全系数,验证了该方法的合理性及可靠性。     

基于强度折减法的软土基坑抗隆起稳定性分析

基坑抗隆起稳定性验算是软土基坑支护设计中的一项重要内容。本文结合基坑工程实例,采用有限元强度折减法对基坑坑底的抗隆起稳定性进行分析。主要分析总结了基坑开挖深度、支护结构入土深度、支护结构刚度、基坑深宽比以及坑底软土层厚度对基坑抗隆起稳定性的影响规律。研究表明:基坑开挖深度、基坑宽度、支护结构入土深度和坑底软土层厚度等参数的变化均对基坑抗隆起稳定性有一定程度的影响,而支护结构刚度参数对抗隆起稳定性影响不明显。通过与规范法计算结果的对比分析,证明了有限元强度折减法在基坑抗隆起稳定性分析中的适用性。     

基坑中土的应力路径与强度指标以及关于水的一些问题

 基坑开挖是在原状土层中进行的,其地基土的应力路径既不同于常规挡土墙中土的应力路径,也不同于室内常规三轴压缩试验中试样的应力路径。基坑工程中,支挡结构物前、后土体的平均主应力或者某些方向的主应力常常是减少的,对于饱和黏性土的固结不排水三轴试验,可能产生负的超静孔隙水压力,从而会影响土的抗剪强度指标。本文指出,对于黏性土中的基坑,在近期施加的墙后地面超载q,以及欠固结土地基的情况下,使用固结不排水(或固结快剪)强度指标计算土压力与进行稳定分析是偏于不安全的;同时指出,重力式水泥土墙的抗滑移和抗倾覆稳定验算,以及用瑞典圆弧法进行整体稳定验算时,对于饱和黏性土,如使用固结不排水强度指标,其抗力部分中的自重应按浮重度计算。结合对《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-201?)报批稿进行的一些讨论,分析在基坑支挡结构计算中水压力的作用,提出地基土为粉土时,水土压力分算还是合算取决于其下土层的性质。     

External Stability of Vertical Excavations in Soft Clay with Self-Supported Dmm Walls

Six centrifuge tests were conducted to study the possible failure mechanisms for open excavations in soft clay with DMM self-supported walls, and the pre-failure soil and wall behavior, as well as the effect of some parameters on the wall external stability. In the tests, in-flight excavation was conducted until failure. The DMM wall was modeled by a wall made from aluminum and acrylic plates, which were instrumented with pressure cells to measure the active and passive earth pressures, and the base contact pressure of the wall during excavation. Upper bound analysis was conducted to verify the efficiency of the currently used design method, and to identify the main parameters which affect the external wall stability.It was found that the failure of the excavations with DMM self-supported walls floating in the clay, took place suddenly without marked pre-failure soil and wall movements. The main parameters which affect the wall stability are the wall dimensions, the soil strength profile, the adhesion between the wall surfaces and the surrounding clay, the strength anisotropy, and the surcharge on the clay surface. The soil strength profile and the adhesion between the wall surfaces and the clay were found to be the most important parameters.     

基坑开挖引起的周边土体三维位移场的简化分析

虽然不少经验方法可以用来计算基坑开挖引起的地表沉降以及围护墙水平位移,但是目前基坑开挖引起的地表以下土体位移场的预测缺乏简单的计算方法,而主要依赖于有限单元法。有限元分析中如何选用合理的参数来准确计算开挖引起的土体位移一直是个难题。在有限单元法的基础上,考虑土体小应变特性,基于芝加哥地区实际基坑工程的实测数据,通过反分析方法确定了能够准确计算基坑开挖引起的土体位移的合理计算参数。利用这些参数较为准确地计算了基坑开挖引起的土体位移,总结了基坑周边土体三维位移场的衰减规律,并由统一表达式来表示,同时结合围护墙水平变形与墙后地表沉降的经验公式,通过二次拟合提出了基坑周边土体三维位移场的简化计算方法。通过与有限元计算结果以及实测结果的对比,验证了该方法的合理性。     

土体小应变剪切模量的现场和室内试验对比及工程应用

土体小应变剪切模量G_0在场地地震响应和基坑变形等计算分析中有着重要作用。统计了上海典型土层的室内共振柱试验和现场原位波速测试测得的小应变剪切模量,给出了两种试验方法下的G_0的经验公式,并对比分析了室内试验和现场原位测试结果的差异。研究结果表明土体的G_0值主要由土体类别、孔隙比和平均有效应力决定,且现场试验的结果远高于室内试验的结果。进一步采用HS-Small本构模型对上海新金桥广场基坑工程的开挖变形进行数值模拟,分析了小应变剪切模量对于基坑工程变形的影响。分析结果表明,采用现场原位测试测得的小应变剪切模量进行基坑变形计算的结果与现场变形监测数据更为接近。     

粒间应力、土骨架应力和有效应力

有效应力的概念和有效应力原理对于土力学具有奠基性的意义。但对于诸如"有效应力是虚拟的应力还是真实应力","有效应力方程是否需要修正"等问题在土力学界一直存有争议,尚没有形成共识。在明确有效应力就是不包含孔隙流体压强作用的土骨架应力的基础上,由土颗粒间力的平衡分析和土骨架单元体的平衡分析得到有效应力与总应力以及孔隙流体压强关系的表达式。对于饱和土,这一表达式就是Terzaghi的有效应力方程。表明Terzaghi的有效应力是真实的物理量,具有明确的物理意义,Terzaghi的有效应力方程不需要做任何修正。文中阐明了有效应力、粒间应力和土骨架应力的物理意义及其相互关系。说明在分离考虑孔隙流体压强作用的情况下,有效应力、粒间应力和土骨架应力三者可以是一致的,即不包含孔隙水压强作用的粒间应力和土骨架应力就是有效应力。土骨架应力可以分成孔隙流体压强产生的土骨架应力和有效应力两部分,两者都对土体的变形和强度有贡献,但是作用效果不同。在孔隙流体压强作用对土体的变形和强度的贡献可以忽略的条件下,有效应力决定土的变形和强度。     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

利用弯曲元测量上海原状软黏土各向异性剪切模量的试验研究

在许多发达国家例如英国,土体的小应变特性已被广泛应用于预测地下建筑物施工引起的地表变形。尽管上海的城市地下基础、基坑与隧道开挖日益增多,但是关于上海原状软黏土小应变剪切模量的研究几近空白。利用装有霍尔局部应变传感器与弯曲元测试系统的三轴仪对上海软黏土剪切刚度的固有各向异性进行了研究。在等向应力状态下对方形原状上海软黏土试样进行了两组试验。试验结果表明：较之传统的初达波法和峰-峰法,互相关法一定程度上提高了弯曲元试验中确定剪切波速的客观性。由于土体水平向层理结构与颗粒间胶结作用的影响,上海软黏土呈现出明显的各向异性,实测最大剪切刚度的固有各向异性比（G_0(hh)/G_0(hv)）约为1.21。利用孔隙比函数F(e)=e^-1.3能够很好的描述不同平面内最大剪切模量与土体应力状态的相互关系。     

化学电渗法加固软黏土地基对比室内试验研究

基于室内试验方法,开展了阳离子摩尔量、CaCl_2和Na_2SiO_3化学作用等因素对软黏土电渗排水及加固效果的影响规律研究;实测了化学溶液联合电渗试验中排水量与排水速率、土体导电性、能耗以及试验结束后土样含水率、抗剪强度的分布规律,并开展了常规电渗试验作为对比分析。研究结果表明,增加土样中阳离子摩尔量,是增加电渗排水量、提高排水速率及缩短电渗时长的有效方法之一;与常规电渗试验相比,联合注入CaCl_2和Na_2SiO_3溶液的土体平均抗剪强度提高了约120%,较单独加入Na_2SiO_3或CaCl_2溶液多提高约20%;联合注入CaCl_2和Na_2SiO_3溶液对改善电渗处理后土体含水率和抗剪强度分布不均问题作用明显。     

高含水率疏浚泥轴对称大应变固结模型

高含水率疏浚泥在外加荷载作用下通常产生大应变固结变形,不适用于传统的Barron轴对称小应变固结理论。为此,基于Gibson一维大应变固结理论和Hansbo径向固结理论,摒弃小应变假定,考虑高含水率疏浚泥的材料和几何非线性、径竖向渗流等因素,建立了等应变条件下以孔隙比为变量的轴对称大应变固结模型ALSC,Gibson、Hansbo、Kjellman等建立的固结方程是该模型的特例。基于有限差分法,编制了计算程序,进行了ALSC模型与小应变模型的数值模拟,验证了ALSC的有效性。研究结果表明:土体变形较小时,ALSC模型与Barron模型计算的固结度和超静孔压数值基本吻合;土体变形较大时,ALSC模型与"Barron+Terzaghi"理论计算的最终沉降量和固结速率取决于土体的固结参数;当C_c/C_k=1时,ALSC模型的最终沉降量小于"Barron+Terzaghi"理论,但二者固结速率相当;当压缩系数av保持不变,ALSC模型(C_k=1)与"Barron+Terzaghi"相比,最终沉降量大,固结速率慢。