船坞基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值分析

船坞基坑开挖由于工期和施工场地的限制,吊车桩基与支护结构施工需同步进行,基坑开挖过程中势必使邻近桩基产生附加变形和弯矩。针对此问题,应用有限元分析软件ABAQUS,采用修正剑桥模型,对船坞基坑开挖对邻近桩基影响进行三维有限元分析。得出如下结论:(1)基坑开挖对邻近桩基的影响,随着桩基与基坑的距离增大而减弱,当距离达到2倍开挖深度,基坑开挖对桩基的影响趋于稳定;桩身附加弯矩和变形增长率远远大于开挖深度增长率;(2)支护结构刚度和承台厚度增大,对控制邻近桩基附加变形作用明显,桩基附加位移及弯矩减小;(3)邻近桩基的桩径、桩基刚度越强及桩基桩长越大,桩身附加弯矩越大,附加位移越少,当桩长达到2倍开挖深度后附加位移趋于稳定;(4)随着桩基顶部的约束加强,桩基水平侧移减少,但桩基弯矩却随着约束的加强而增加。     

盾构隧道下穿桥梁引起桩基变位的数值分析

依托某地铁盾构隧道下穿既有桥梁桩基工程,考虑实际的工程地质水文地质条件、上部桥梁结构传递到承台顶的荷载、盾构设计及施工参数等因素的影响,建立FLAC3D数值计算模型,模拟盾构隧道顺桥向穿越桥梁桩基的全过程,对两种不同的桩基加固方案条件下地表沉降和桩身变形规律进行了分析。研究结果表明:隧道开挖引起桩的挠曲,桩身的水平位移随桩洞距离增大而减小;后开挖侧的桩身位移比先开挖侧大;桩和承台约束了地表的沉降。     

盾构刀盘扭矩对风化岩地基中邻近桩基的影响

基于地铁盾构施工对邻近某客运站桩基影响的问题,利用FLAC^3D有限元模拟分析软件,通过八种工况对比分析了刀盘扭矩与盾构推力对风化岩地基中邻近桩基的影响。结果表明:刀盘扭矩与盾构推力对桩基的影响呈现不同的规律。刀盘扭矩对桩基的影响规律主要为:盾构刀盘扭矩的存在使得桩身主要产生沿隧道横向的附加弯矩和位移,桩身沿隧道纵向的附加弯矩和位移相对较小;桩身最大弯矩和最大水平位移均发生在隧道中心线附近。与刀盘扭矩的影响不同,盾构推力主要使桩身产生沿隧道纵向的附加弯矩和位移;但桩身最大弯矩和最大水平位移也发生在隧道中心线附近。在风化岩地基中,刀盘扭矩对桩基沿隧道横向的影响是不可忽略的。     

基坑开挖卸荷引起的公路桥梁桩基变形受力响应

采用两阶段分析法分析基坑开挖卸荷作用下公路桥梁的受力变形规律,首先基于明德林解析解,利用复合辛普森公式进行数值积分求解得出基坑侧壁卸荷与坑底卸荷同时作用下土体内桩体位置处的水平附加应力; 其次采用Kerr三参数地基模型建立公路桥梁桩基的挠曲微分方程,结合水平附加应力,利用有限差分数值计算方法得到桩基挠曲微分方程的数学解析矩阵表达式。利用所得计算公式对公路桥梁桩基附近有基坑开挖的工况进行计算,并通过与数值模拟计算结果的对比验证所提计算方法的有效性; 最后针对桩基轴向荷载大小、基坑与桩基距离及基坑三维尺寸进行了影响因素分析。结果表明:桩基轴向荷载的变化对桩基水平位移及桩身弯矩影响不明显; 随着桩基与基坑距离的加大,桩基水平位移及最大弯矩逐渐减小,并且在较大距离范围内桩基水平位移及弯矩变化愈发平缓; 开挖深度对桩基水平位移及弯矩的影响远大于开挖长度和开挖宽度,基坑开挖宽度对桩基的影响最小。     

双线盾构隧道开挖对临近桥桩的影响规律研究

为了研究盾构隧道近距侧穿既有桥桩产生的影响,基于呼和浩特地铁1号线侧穿鼓楼立交桥桩工程实例,借助ABAQUS进行数值建模,采用Mohr-Coulomb弹塑性理论,对桩长、桩径、隧道埋深和桩顶荷载等影响因素进行了对比分析。结果表明：在隧道开挖土体扰动的影响下,随着桩长、桩径和桩顶荷载的增加,3根桩的水平位移都逐渐降低,Ⅰ号桩和Ⅲ号桩的桩身弯矩都逐渐增加;因Ⅱ号桩位于双线隧道之间,在开挖过程中桩身弯矩受到左右两线隧道开挖产生的叠加效应而相互抵消,使其桩身弯矩不呈规律性变化;随着隧道埋深的增加,3根桩的水平位移均未产生规律性变化,但桩身弯矩显著增加,且桩身弯矩最大值位于隧道埋深范围内;当隧道埋深较浅时,其开挖影响范围较小,对临近桩的影响也较小;注浆加固可有效控制隧道开挖过程中桩基的水平位移和地面沉降,但桩基水平位移的控制效果随着盾构隧道与桩基间净距的减小而逐渐降低。     

基于HSS模型隧道近接群桩基础施工影响分析

依托盾构隧道近接侧穿群桩工程建立三维数值分析模型,土体采用小应变硬化(HSS)模型,参数取值借鉴已有研究成果并根据监测位移数据反演,同时考虑土体开挖、衬砌拼装以及盾尾同步注浆等一系列施工工艺措施,并将模拟结果与监测数据进行对比验证,研究了不同工况下地表沉降的形态分布、群桩桩基变形及基桩结构受力,同时考虑地表位移对等代层厚度的敏感性。结果表明:HSS模型能有效预测隧道近接侧穿高架桥桩引起的变形,模拟结果与监测值较吻合; 隧道开挖引起土相对桩产生了滑移,地表沉降及桩身竖向位移在中心线前后各1D(D为管片外径)范围内随推进步数的增加而不断增大,且增加幅度明显减小; 两线推进地表沉降具有叠加效应,最大沉降量增幅达76.8%; 隧道与基桩水平距离越近,引起基桩沉降变化越大,两线推进基桩桩顶沉降增幅达134%; 群桩中各排桩的水平位移变化趋势基本相同,且同排桩的水平位移值相差不大,由于群桩遮挡效应,水平位移值由大到小依次为前排桩、中排桩、后排桩; 桩身水平位移主要在盾构中轴线2.5D范围内,桩身最大水平位移均出现在隧道中轴线附近; 群桩中同排桩桩身附加弯矩及附加轴力沿桩身分布规律相同,桩身最终附加受力与其距离隧道远近有关; 随着注浆充率β的增大,等代层厚度及地表沉降呈线性减小; 穿越段采取的施工工艺方案是有效的,经估算附加弯矩及轴力对桩基承载力的影响在容许范围内。     

隧道掘进对群桩力学性状影响的数值模拟

城市隧道开挖会使邻近桩基产生附加的沉降和倾斜。本文利用三维弹塑性固结耦合有限元分析,研究了硬粘土中隧道开挖对邻近2×2群桩的影响。分析了三种不同工况(C/D=1.5,2.5和3.5),计算结果表明隧道对群桩基础的影响区域约为开挖面到达群桩前3D至穿过群桩1D的范围,其中隧道开挖面至桩基位置附近时为最危险状态。隧道的埋深对桩基的附加沉降、倾斜值以及荷载传递有显著影响:当隧道开挖深度接近桩中间(C/D=1.5)时,群桩的附加弯矩最大,但附加沉降和桩帽的倾斜相对较小;当隧道开挖面与桩底平行(C/D=2.5)时,前后排桩之间的荷载重分配最大,当隧道开挖面低于群桩底面(C/D=3.5)时,群桩的受力状态接近大直径单桩。     

基坑开挖与临近桩基相互作用分析

基坑开挖时临近建筑物的桩基础将受到开挖引起土体位移的作用, 导致桩身产生附加应力、弯矩和侧向位移。文中采用三维弹塑性有限元法, 模拟无支撑基坑开挖与临近桩基的相互作用。对比分析了临近桩基对基坑开挖所引起土体变形场的影响, 并讨论了基坑的空间效应、开挖深度、支护墙刚度、桩基和基坑距离、桩基刚度和桩头约束条件等因素对临近桩基附加侧向位移和弯矩的影响, 得出了一些有意义的结论, 可为分析基坑开挖对临近桩基影响时提供一定的理论指导。     

隧道开挖对周边既有桩基变形影响研究

基于三维有限元程序ABAQUS,分析由于隧道开挖引起的不同位置处的桩基水平位移及桩头沉降特性,数值模拟结果表明:由于隧道的开挖,桩身上部会产生往隧道侧移动的变形,而在桩身底部会产生反方向的位移,从而在桩身上形成P—Δ效应;桩头沉降值及桩身最大水平位移随着桩—隧水平距离的增大逐渐减小,当隧道开挖中心位于桩底处时,允许的最小安全桩—隧水平距离S大致为2倍隧道直径D;隧道轴线处于桩基上部时有利于减小桩基附加变形,当桩—隧水平距离S=1.5D时,允许的最小安全桩—隧竖向距离H大致为0.5D。     

基坑支护倾斜悬臂桩受力变形特性试验研究

为改善基坑工程中支护桩的受力特性,将传统的直立悬臂桩背向基坑倾斜一定角度,形成基坑支护倾斜悬臂桩,可以更好地承担水平荷载,减小水平位移和变形。通过模型试验的方法对基坑开挖过程中倾斜悬臂桩的桩顶水平位移、桩后土体沉降和桩身弯矩进行研究。试验共进行3种不同工况下的模拟,分析倾斜悬臂桩在不同倾角不同布桩方式下的受力特性。分析结果显示,同等条件下,倾斜悬臂桩较传统直立桩相比,可以有效减小桩底水平位移和桩后土体沉降;桩身弯矩会因基坑开挖深度的增大而增加,桩身的正弯矩峰值接近负弯矩峰值,斜桩的最大弯矩值显著小于直桩支护形式下的弯矩峰值。     

盾构法施工对近距离侧穿桥梁桩基的影响分析

盾构法施工地铁隧道近距离侧穿高速公路桥梁桩基时,引起地层移动和应力调整,导致桩基位移和内力发生变化,给上部结构带来安全隐患。以杭州地铁3号线工大站—留和站盾构区间双线施工为依托,运用三维有限元软件模拟盾构开挖施工的全过程,研究开挖过程对地层沉降及邻近桥梁桩基影响规律。结果表明,先行隧道开挖导致地表形成沉降槽,后行隧道开挖沉降曲线向后行线扩展;桩基竖向呈现刚体位移,单线开挖时在横向(Y方向)上嵌入土体桩基上半部分向隧道内倾移,下半部分背离隧道方向倾移,在纵向(X方向)上桩基呈现拱形弯曲,双线开挖时桩基横向位移发生反向叠加效应,导致最终横向位移基本接近初始状态,纵向上弯曲位移发生正向叠加效应;双线隧道先后开挖使桩基产生附加摩阻力和附加轴力,在隧道顶面分界线以上桩基总侧摩阻力较初始状态不断减小,分界线以下增加,位于-2.5 m以上桩基轴力较初始状态减小,以下增加;单线开挖时桩基弯矩变化明显,双线开挖弯矩出现反向叠加效果,基本保持初始状态。     

地下通道开挖对邻近条形基础的影响

运用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了地下通道开挖引起地表沉降及对邻近条形基础的影响,并给出了条形基础竖直沉降和水平位移最敏感距离的估算方法。文章首先针对无条形基础的自由场地基运用三维快速拉格朗日差分软件FLAC3D进行数值模拟并与Peck推导的理论公式即Peck公式进行地表沉降的对比验证,证明该数值模型的可靠性。然后通过数值模拟,研究了距地下通道中心轴线不同距离的条形基础在地下通道开挖时的沉降和水平位移。最后,根据计算结果给出邻近条形基础的地下通道开挖的安全距离,为安全施工提供依据。     

基于静力触探试验的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失预测研究

选取典型成层地基场地并设计试坑开挖卸荷试验,开展了基于静力触探(CPT)测试的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失程度预测研究。通过在试坑开挖卸荷前后进行CPT原位测试,得到了试坑开挖卸荷前后的CPT贯入锥尖参数变化规律。进而基于CPT测试p–y模型研究了基坑开挖卸荷前后邻近既有单桩的水平承载力损失及桩身弯矩分布特征。分别考察了基坑开挖卸荷后邻近桩基试桩加载模式下的残余水平承载力和桩顶加载联合土体位移共同作用下的卸荷桩基水平承载特性。研究表明,依据真实卸荷土体CPT参数更能准确预测桩基水平承载力损失程度及损失特征,卸荷桩设计阶段须同时考虑卸荷桩较自由场地桩基的水平承载力损失及土体运动位移对桩基水平承载的影响。以上研究为合理确定基坑开挖引起的既有桩基水平承载力损失提供了一种技术思路,同时对卸荷桩水平承载性能评价具有参考意义。     

隧道开挖对临近桩基影响的二维数值分析

基于隧道开挖的工程实例,采用有限元方法,分析了临近桩基的隧道开挖对建筑物桩基的影响。选取了不同隧道挖深,模拟开挖对临近建筑物桩基础的影响。对开挖引起的地面、建筑物角点的沉降规律做了分析与探讨,同时也分析了桩和底板的弯矩、轴力、剪力等变化规律,得出了有意义的结论。     

土-岩复合地层盾构掘进对桥梁变形影响分析

依托深圳地铁11号线宝安—碧海湾区间盾构穿越桥梁桩基工程,采用FLAC3D有限差分软件研究土-岩复合地层盾构近距离掘进对桥梁桩基础、桥面的变形影响规律及影响范围,并与实测结果进行对比。结果表明:隧道施工对周围地层的影响可划分为塑性破坏区、弹性区和无影响区3个区域;盾构隧道掘进引起的桥面沉降较大,盾构对桥面变形的影响范围为盾构掘进面距桥面为-5D~4D;位于2条隧道之间的桥梁桩基受到2条隧道的影响,桩身竖向位移较大,且最大竖向位移位于桩顶;位于隧道侧方的桩基,盾构施工引起的X方向水平位移值较大,且施工对其影响范围也更大,具有一定的滞后性。     

隧道开挖对邻近桩基影响的研究综述

介绍了隧道开挖对邻近桩基影响的现有研究成果;对部分试验结果和理论分析结果进行比较,讨论了隧道开挖对邻近桩基的沉降、轴力、侧向变形、弯矩以及群桩效应影响结果的异同;总结了目前已有研究的优缺点。分析结果表明:目前所有的研究方法都有其局限性,并不能获得统一的共识,而且研究中还经常出现相互矛盾的情况;模拟隧道开挖对邻近桩基三维影响的离心机试验和三维数值模拟相结合的研究方法是今后发展的方向。