悬臂排桩支护基坑沿长度方向连续破坏的机理试验研究

大长度基坑发生了一些沿长度方向上由局部破坏引发数10 m至100 m以上的连续破坏事故,然而基坑连续破坏的发生及终止机理却少有研究。设计了悬臂排桩支护基坑局部支护桩破坏倒塌的模型试验,对局部破坏引发的土压力和支护结构内力变化等规律等进行了研究,在此基础上进行了局部破坏引发支护桩连续破坏的试验。结果表明,基坑局部垮塌会引起邻近桩的土压力和桩身内力瞬间增大,随后坑外土体滑塌进基坑内,造成邻近支护结构主动区卸载,但此卸荷过程相对滞后。当局部垮塌引发的荷载传递系数大于邻近桩的承载力安全系数时,将会导致基坑连续破坏。连续破坏发生后,随着破坏范围增大,土体滑塌引发的卸荷使得土拱效应不足以继续导致支护桩出现破坏时,连续破坏将自然终止。试验还表明,在一定局部破坏长度范围内,局部垮塌长度越大,荷载传递系数和影响范围越大;围护桩嵌固深度越小,即支护桩抗侧移刚度越低时,荷载传递系数越小,但局部破坏影响范围较大。     

局部破坏对钢支撑排桩基坑支护体系影响的试验研究

国内外基坑坍塌事故时有发生,其中不乏采用钢支撑排桩支护结构体系的基坑。由于该类基坑支护结构受力特征较为复杂,其支护结构局部破坏对基坑整体安全性能及其引发连续破坏机理尚缺乏研究。设计了带水平支撑的排桩支护基坑局部破坏模型试验,研究了支护桩或支撑局部变形过大或局部破坏对土压力、支撑轴力和桩身内力等的影响。结果表明基坑排桩发生局部变形过大和局部破坏时,引起的土压力重分布对支护结构内力的影响规律与悬臂式排桩支护结构的影响有较大区别,可引起邻近初始破坏区域的支护桩产生更大的附加内力;当支撑发生失效后,失效支撑释放的荷载无法相对均衡的转移至邻近多根未失效支撑上,而是集中作用在最近的某几根支撑上,可引发支撑的连续破坏。     

局部锚杆失效对桩锚基坑支护体系的影响及其机理研究

桩锚支护基坑中由锚杆失效引起的坍塌事故屡见不鲜。针对此问题,采用有限差分法研究了局部锚杆失效引发的土压力和支护结构内力变化等荷载传递规律,并利用大型模型试验加以定性验证。锚杆失效会导致邻近3～4根锚杆轴力显著增大,导致冠梁最大剪力和弯矩增加,冠梁按照构造配筋很容易发生破坏。随着锚杆失效数量的增加,锚杆最大荷载(轴力)传递系数逐渐增大并趋于定值,破坏范围内支护桩桩身变形和受力模式逐渐由支撑式向悬臂式过渡,最大弯矩先减小后增至定值,此时其荷载(弯矩)传递系数普遍大于锚杆。可见,锚杆失效较少时,破坏沿锚杆传递,失效较多时,破坏发展至支护桩。此外,开挖深度越大,土体强度越低,支护桩及锚杆荷载传递系数越高。     

特深基坑排桩支护连续破坏受力有限元数值模拟研究

为了探究特深基坑排桩支护连续破坏受力失效原因,本文采用数值模拟形式开展研究。结合有限差分法,构建特深基坑有限元数值模型;在考虑黏性土和砂性土两种土体的条件下,选择土体与排桩支护结构参数;针对有无空间效应的两种情况,对比各自特深基坑破坏机理;在空间效应的影响下,完成局部破坏导致的持续失效模拟。根据数值模拟的结果表明,除了基坑坍塌时的卸荷作用外,空间效应也是造成基坑持续失效的原因之一。     

疏排桩-土钉墙组合支护结构排桩荷载分担比试验研究

对10个疏排桩-土钉墙组合支护结构进行离心机模型试验。基于试验结果,提出排桩荷载分担比的计算模型,探讨排桩荷载分担比的变化规律以及影响因素,并提出简化计算式。研究结果表明：当基坑挖深较小时,支护结构的荷载主要由土钉墙承担,排桩承担的荷载较小,随着开挖深度的增加,土拱效应将支护结构范围内的土压力不断传递给桩身,排桩承担的荷载越来越多,最多可达到总荷载的90%以上;增加土钉长度、减小土钉间距既可有效减少排桩分担的荷载,同时还能明显提高整个支护结构的整体稳定性;当桩间距在一定范围内时,增加桩间距能减小排桩荷载分担比,但是桩间距过大会明显降低整个支护结构的稳定性;土钉竖向间距对排桩荷载分担比的影响比土钉水平间距更为明显。     

疏排桩-土钉墙组合支护结构排桩荷载分担比试验研究

对10个疏排桩-土钉墙组合支护结构进行离心机模型试验。基于试验结果,提出排桩荷载分担比的计算模型,探讨排桩荷载分担比的变化规律以及影响因素,并提出简化计算式。研究结果表明:当基坑挖深较小时,支护结构的荷载主要由土钉墙承担,排桩承担的荷载较小,随着开挖深度的增加,土拱效应将支护结构范围内的土压力不断传递给桩身,排桩承担的荷载越来越多,最多可达到总荷载的90%以上;增加土钉长度、减小土钉间距既可有效减少排桩分担的荷载,同时还能明显提高整个支护结构的整体稳定性;当桩间距在一定范围内时,增加桩间距能减小排桩荷载分担比,但是桩间距过大会明显降低整个支护结构的稳定性;土钉竖向间距对排桩荷载分担比的影响比土钉水平间距更为明显。     

土钉墙桩排组合支护基坑土压力和变形分析

土钉墙和桩排组合支护是基坑工程中一种新的挡土形式,其上部的土钉墙和下部的桩排协同作用,使得它受到的土压力和发生的变形既不同于土钉墙,也不同于桩排支护。针对这种组合支护一基坑实例,用三维数值模拟实验方法,探讨了空间受力与变形的特征。分析结果表明,这种组合支护: (1)实际受到的土压力与由郎肯理论确定的土压力不相同,文中给出了修正系数。与单纯的桩排支护相比,它的被动土压力增加约20%,而土钉墙面层最大土压力则减少了近50%; (2)发生的最大变形与本文提出的组合支护无量纲整体刚度系数相关。相同地质条件下,当整体刚度系数从4 000增加到5 000时,组合支护变形有明显减少的趋势。     

多道锚杆基坑局部锚杆失效引发连续破坏的机理与控制

多道锚杆支护体系具有节约施工空间、变形控制效果好等优点，广泛应用于深基坑支护中。然而局部锚杆失效引发的基坑连续破坏事故时有发生。针对此问题，采用有限差分法研究了多道锚杆支护体系中局部锚杆失效引发的土压力与支护结构内力变化及结构连续失效规律，初步揭示了局部锚杆失效后的荷载传递路径及其引发基坑连续破坏的机理。多道锚杆支护体系中，首道锚杆局部失效对邻近未失效锚杆影响大，但会引起支护桩弯矩下降，最下道锚杆局部失效则相反，但仅一道锚杆局部失效影响相对较小，均小于基坑深度相同的单道锚杆支护体系，然而多道锚杆整列同时局部失效影响显著大于单道锚杆支护体系，更易引发连续破坏，因此应采用隔道加强等设计或施工措施将局部锚杆失效控制在一道内。局部若干根锚杆失效导致邻近受影响最大的锚杆依次失效时，锚杆失效数量较多后，初始锚杆失效位置对连续破坏发展传递路径不再产生影响，锚杆连续破坏接近于整列失效，且呈倒梯形水平向扩展。多道锚杆支护体系中发生整列锚杆失效时，冠梁或腰梁极易发生破坏，造成支护桩弯曲破坏，加快基坑连续垮塌过程，因此应对冠（腰）梁进行局部锚杆失效工况下的设计，以提高基坑防连续破坏整体安全性能。     

排桩复合土钉支护结构受力变形机理分析

排桩复合土钉支护结构是近年来在基坑工程实践中得到成功应用的一种新型支护形式,为研究其受力变形机理,在工程案例分析基础上,采用有限元软件建立排桩复合土钉支护结构三维数值模型,模拟基坑分步开挖工况,对排桩侧移、坑后地表竖向沉降、坑底土体隆起变形、土钉轴力及桩身弯矩等进行了研究分析。结果表明:排桩复合土钉支护结构中土钉起着“弱锚杆”作用,相对于纯排桩支护结构,改变了排桩的变形和受力性状;相对于纯土钉支护结构,排桩复合土钉支护结构中土钉轴力峰值较小且靠近基坑侧壁,土钉受排桩-面层系统的拉拔作用,钉头处轴力较大。研究成果可为排桩复合土钉支护结构的设计、施工提供理论参考。     

超挖引起双排桩支护基坑倾覆型连续破坏机理研究

基坑事故屡有发生,其中不乏由于局部超挖引起的倾覆型连续破坏事故,然而此类连续破坏的机理和评价指标尚缺乏研究。为此,以某双排桩基坑倾覆垮塌事故为依托,采用有限差分法,研究了局部超挖对双排桩内力、变形及稳定性的影响,并提出抗倾覆稳定状态值(即桩在施工过程中任一时刻所受的抵抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值)作为实时判断支护桩倾覆稳定状态的指标。结果表明,局部超挖发生后,倾覆破坏主要通过主动区土拱效应及冠梁的荷载传递作用向超挖区外传递,支护结构稳定状态值瞬间减小,其最小值决定了支护结构是否发生倾覆型连续破坏及其扩展范围。当稳定状态值不考虑冠梁荷载传递作用时,倾覆破坏的范围在超挖区外将被严重低估。对于倾覆型连续破坏,冠梁不能降低连续破坏发生风险,反而会加重超挖区以外的倾覆程度,扩大倾覆垮塌范围,与在弯曲型连续破坏中的作用不同。施工过程中的不利工况,如超载及振动荷载扰动,会加剧倾覆破坏的程度,扩大倾覆型连续破坏的范围。     

基坑开挖对临近桩基影响的实测及有限元数值模拟分析

基坑开挖引起的土体位移对临近建筑物桩基的影响越来越得到工程界的重视。对某基坑工程开挖进行的实测表明,基坑开挖可对临近桩基产生显著影响,并发现当排桩桩间距较大时,其后止水帷幕的水平位移可能大于排桩水平位移。以该实测工程为算例,采用三维有限元法进行了计算并与实测进行了对比。分析了桩基和基坑间距、桩基刚度、桩顶竖向荷载和桩基顶部约束条件等对桩基附加弯矩、位移的影响,并进行了评价分析,以期为有关的设计和施工提供参考。     

咬合桩在邻近高填土基坑中的工程应用与实测分析

针对某采用咬合桩围护方案的邻近高填土基坑工程进行分析,当咬合桩作为围护桩时,可采用等效刚度法计算围护桩的桩身变形;作为隔离桩使用时,忽略素混凝土桩的作用,仅考虑钢筋混凝土桩的抗弯能力。现场实测表明,邻近高填土基坑工程在开挖时,咬合桩明显地降低了基坑开挖对紧邻高填土的扰动,满足了高填土自身的稳定,保证基坑工程在高填土作用下的安全。而咬合桩作为一种新型排桩围护结构,也能够起到很好的应力隔离作用,有效地分担了邻近超载的影响,确保了高填土的稳定和基坑工程安全。     

复合地基侧向开挖上覆荷载影响规律离心机试验研究

进行了三组临近复合地基开挖的离心机模型试验,对比分析了相同开挖工况、不同上覆荷载下的桩轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比以及桩弯矩的变化规律。结果表明,当复合地基上覆荷载增加时:①桩轴力及其因开挖产生的增量明显增大,桩侧摩阻力数值增大,但方向不变;②桩土应力比及其增量明显增大,其变化趋势与桩轴力曲线一致;③各级开挖工况下的桩体弯矩也会相应增加,而且随着与基坑距离的增加,弯矩值逐渐变小,荷载的影响也逐渐降低;④随着复合地基上覆荷载的增加,高应力水平下的桩间土更容易受到临近基坑开挖的扰动,荷载更多地向刚性桩转移,桩轴力增加,同时伴随着更大的桩体弯矩,进而加快桩体的破坏趋势。研究成果可为既有复合地基临近基坑开挖支护设计提供参考。     

超前斜撑排桩支护的力学特性与分析设计

超前斜撑排桩支护是一种新型基坑围护结构,主要应用于深度不大的大面积地下开挖,可起到控制支护结构和周边土体变形而又不借助于内支撑或分片开挖的快速开挖支护方法。该围护结构采用钻孔灌注桩或型钢水泥土搅拌桩作为挡墙,钢管桩结合注浆囊袋作为超前斜撑体。本文基于数值分析研究超前斜撑的力学特性,并在此基础上提出基于弹性支点法的超前斜撑排桩支护的设计计算方法,编入同济启明星深基坑支挡结构分析计算软件FRWS 9.0,为该支护结构在工程中的推广应用提供理论基础和应用平台。通过实例分析,并与现场实测和数值模拟结果的对比分析表明,本文提出的基于弹性支点法可合理地应用于超前斜撑排桩支护的设计计算。     

临近基坑开挖复合地基侧向力学性状离心试验研究

临近基坑开挖引起复合地基CFG桩变形和内力改变,现有理论缺乏对该问题的研究。通过开展离心模型试验,对临近基坑开挖条件下,复合地基变形、CFG桩内力和变形、土压力等分布和变化规律进行深入分析。结果表明：开挖引起CFG桩弯矩增大,近基坑桩增幅明显|开挖引起桩土不同步沉降,导致CFG桩上刺入褥垫层,桩受到褥垫层的“嵌固拉结”作用,同时远基坑桩、褥垫层、加载气囊一起提供了“摩擦拉结”作用,从而在近基坑桩上出现负弯矩|而远基坑处不均匀沉降小,“嵌固拉结”作用小,且“摩擦拉结”作用是利于正弯矩产生,桩上未出现负弯矩|开挖引起支护背后土压力分为增长区和减小区两部分,在上部土体中,土体卸荷,土压力减小,而下部土体受支护挤压,土压力有所增大|开挖引起地表沉降呈指数形式,临近基坑地表沉降最大,在显著变形区域内,支护水平位移基本呈直线形式,各阶段最大水平位移均出现在支护顶端|开挖引起的CFG桩水平变形大小和范围随距基坑边距离的增大而减小。     

深圳上软下硬地层中超深基坑的性状分析

深圳地层上部为松散的富水性砂性土与黏性土沉积地层,10 m以下为风化花岗岩地层,在此地层中施工超深基坑需要防止上部松散土层的变形。运用数值模拟方法对深圳地层某超深基坑工程进行模拟分析。数值模拟中把包括地基土体在内的整个围护结构作为一个结构体系。考虑开挖过程、围护结构和土的共同作用、时间等因素的影响,实现对施工逐级开挖、支撑的装拆进行动态模拟,综合分析围护结构的内力、变形及开挖引起的环境效应。数值模拟结果符合实际工程情况和规范要求,得出的结论适用于深圳地区类似基坑工程的变形预测和优化设计。     

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。     

水平梯形分布荷载桩双参数法的数值解

为提高现有水平梯形分布荷载桩设计计算水平，提出了地基系数按双参数抗力模式表达下的水平梯形分布荷载桩位移和内力计算的有限差分数值分析方法，并详细推导了桩身位移的差分格式。基于这些公式，编制了全桩位移、内力及侧土抗力的计算和图形处理程序，可适用于滑坡抗滑桩和深基坑悬臂支护桩的设计计算。算例表明，该方法方便可靠，当有限差分段划分得足够小时，可使数值解接近于真实解。通过调整地基系数进行试算．可实现桩身位移和内力计算结果与实测或实际值较好吻合，从而为有试桩资料的条件下反算地基抗力系数提供了一种验算方法。计算程序的自动图形处理有助于桩身结构设计的优化和经济效益的提高。