渗流对基坑变形及应力的影响

目的研究基坑的变形和应力在分步开挖的过程中受渗流的影响,分析基坑的变形和应力在考虑渗流和不考虑渗流时的差别．方法对基坑开挖卸荷与支护的过程用Fish语言编程,用FLAC3D进行数值模拟实际施工情况．在考虑渗流影响和不考虑渗流影响两种情况下,首先计算了基坑的水平位移数值解,并将坑顶位移的计算值和实测值对比,计算分析了坑底隆起和周围土体应力应变受渗流的影响．结果渗流会使基坑水平位移、竖向位移和周围土体沉降值增大,这对于基坑稳定是不利因素．渗流最明显的作用是使基坑内部和外部的水平位移都有所增大．渗流作用使基坑支护结构外侧土体竖向有效应力增大,使坑底支护结构内侧土体的竖向有效应力减小,因而增大了土体作用在支护结构上的横向作用力．结论渗流会使基坑的水平位移和坑底隆起变大,也会使周围较远的地面沉降值增大,同时会增大土体作用在支护结构上的横向作用力．     

考虑渗流-应力耦合基坑开挖降水数值分析

运用GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）软件对基坑开挖降水过程进行了详细数值模拟,对比分析了基坑开挖时,考虑降水引起的地下水渗流作用和不考虑渗流作用下的基坑周围土体位移、支护结构位移以及内力,同时分析了止水帷幕、渗透系数及降水深度对基坑力学性能的影响.分析结果表明：渗流对基坑工程影响不容忽视,深基坑稳定性分析应当充分考虑地下水渗流的作用;设置止水帷幕可以有效地减小基坑周围土体的变形,渗透系数与降水深度的加大均会使地表沉降值增大.     

基坑底部土体裙边加固模型试验与数值模拟研究

为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响,分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体,实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展,将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明,对坑底土体采用裙边加固,可以有效地减小支护结构的侧向位移;坑顶地表沉降虽有减小,但效果不明显;桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况;土体开挖,桩随着坑底下某一点发生转动,造成桩上半部分土压力减小,桩底处土压力增大;裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大;土体加固深度与宽度超过一定范围,控制基坑变形的效果有所提高但不明显,加固深度宜取0.3~0.4倍的开挖深度,宽度宜取0.35~0.45倍的开挖深度。     

止水帷幕作用下基坑渗流场特性分析

基坑开挖卸荷导致土体应力场和地下水渗流场发生改变。为了分析止水帷幕对地下水渗流的影响,选取典型的基坑计算模型,利用FLAC3D对止水帷幕作用下基坑开挖过程进行三维流固耦合计算。分析得出基坑开挖过程中孔隙水压力、渗流场的速度特征、地表沉降量、坑底隆起量等的变化规律。结果表明,加宽止水帷幕的宽度,加深插入深度可以有效地控制这些地下水的不利因素,降低基坑开挖对周围环境的影响。     

多基坑深层承压水降水引起地表沉降规律研究

基于上海某地铁换乘枢纽工程,借助Geo Studio2007数值分析软件,针对上海地区第二层承压水降水及其引起地层沉降进行数值模拟.考虑了两种多基坑排布形式,两个独立基坑和坑中坑;设置了两个控制变量,承压含水层厚度M和基坑间距D.研究表明,对于两个独立基坑,在降压井影响区域内,地表沉降量随着承压含水层厚度的增加而先增加后减小,在影响区域外,地表沉降量随着承压含水层厚度的增加而增加;随着基坑间距的增大,目标基坑和相邻基坑内部的地表沉降均减小.对于坑中坑,在降压井影响区域内,地表沉降量随着承压含水层厚度的增加而减小,在影响区域外,地表沉降量随着承压含水层厚度的增加而增大;随着外侧地下连续墙与深坑距离的增加,深坑内部的地表沉降量呈现先增大后减小的现象.     

可回收桩锚支护基坑模型试验及数值模拟研究

通过室内可回收桩锚支护基坑模型试验与数值模拟探究基坑施工全过程对支护结构变形的影响规律。结果表明：地表沉降曲线呈凹槽形分布,坑后1倍开挖深度范围内沉降变形受施工影响显著。坑底最大隆起变形最终发生于坑壁附近,坑底以下1倍开挖深度范围土体隆起变形明显为强影响区。在回填过程中,坑后0.75H附近地表对沉降变形尤为敏感,增长幅度达54.5%。锚杆的失效回收是导致支护结构在回填阶段变形增长的主要因素,其中又以上层锚杆的影响最为突出。在采用可回收桩锚的工程中,基坑设计应统筹基坑开挖与锚杆回收这2个阶段。     

基坑地下水渗流数值模拟

根据基坑工程施工实际情况，基于地下水渗流的基本规律，建立了基坑地下水渗流模型，通过有限元方法模拟了基坑地下水在不同的施工状态时的渗流情况。数值模拟结果表明：在不采取任何防水措施时，坑底会发生管涌，坑壁有水流出，不利于施工；设置挡土墙后，坑壁无水渗出，坑底发生突水；设置排水井后，可防止基坑突水和坑壁失稳。     

基坑降水引起的地基应力变化分析

基坑降水对周围地表沉降的破坏已引起广泛关注,传统计算地表沉降的方法是基于总应力不变的观点,计算有效应力增量,且忽略由渗流引起的有效应力增量,结果误差较大。鉴于此,研究了在总应力变化时和考虑渗流作用下,计算土层中有效应力增量的公式,以便满足降水引起的基坑周围地表沉降的计算要求。     

考虑孔隙比和渗透系数随土体当前应力变化的深基坑降水开挖变形分析

基于修正剑桥模型理论,推导了孔隙比e随土体当前应力变化的方程,同时比选了4组经典的描述渗透系数k随孔隙比变化的方程,选择了其中一组最佳的估算公式,编写ABAQUS用户子程序VOIDRI和USDFLD,以实现孔隙比和渗透系数随土体当前应力的变化。在此基础上,研究深基坑降水开挖所致的坑内外土体的变形、围护结构的变形及弯矩,得到以下结论:当考虑孔隙比随土体当前应力变化时,坑外地表沉降量、墙体的水平位移、地下连续墙的弯矩、坑底隆起量均大于孔隙比为定值时的情况;当考虑渗透系数随土体当前应力变化时,坑外地表沉降量、墙体的水平位移、地下连续墙的弯矩均小于渗透系数为定值时的情况,但同时考虑渗透系数和孔隙比变化情况时,其对坑底的隆起量的影响可以忽略不计。     

隔水帷幕对深基坑降水开挖变形控制的影响

依托杭州沿江大道地下综合管廊深基坑工程,土体采用HSS模型进行有限元数值模拟,分析基坑降水开挖下基坑及邻近管线的变形,模拟结果与监测结果吻合较好,验证了有限元计算模型和参数选取的合理性。基于模拟提出隔断式基坑降水优化方案,并研究稳态渗流下隔水帷幕插入深度不同时基坑及邻近管线的变形响应。结果表明：随着悬挂式隔水帷幕深度加深,坑内外水头差线性增大,围护结构侧移峰值线性增大,管线竖向位移、坑外地表沉降线性减小;相较于悬挂式隔水帷幕,隔断式隔水帷幕对控制基坑降水引起的坑外地表沉降及邻近管线变形均有着显著优势,但对于围护结构变形控制则不利。     

基坑降水引起地面沉降的分析

利用渗流的基本理论,分析了武汉软土地区的基坑降水工程,总结了不同围护结构及降水方案的地下水渗流特征,提出了按渗流特征计算坑外由于降水引起附加沉降的简单方法,并与一实际工程进行了对比。     

地下水渗流对悬挂式止水帷幕基坑变形影响

以某透水性土层较深的悬挂式止水帷幕基坑为背景,采用ABAQUS建立考虑分级降水开挖全过程的三维流固耦合模型,研究降水对于基坑变形发展的影响规律和不利因素,分析开挖前预降水深度、止水帷幕深度对基坑变形性状的影响. 研究表明：渗流与开挖支护具有明显的耦合效应,降水引起的围护结构侧移增量模式随开挖和支撑施作情况不同而差异较大,降水引起的地表沉降是由土体固结和渗流引起的围护结构侧移引发的地表沉降组成;地表沉降影响范围较经验预测值明显偏大,在基坑西侧地表沉降最大点,降水施工期累积产生的沉降约占48%;各级降水中第1级降水对基坑变形最不利,围护结构初始侧移随第1级降水深度的增加而快速增长,使得竣工后的最大围护结构侧移和坑外地表沉降呈指数增长;止水帷幕对于减少坑外水位下降和控制地表沉降有显著作用,随着帷幕深度的增加,地表最大沉降和沉降影响范围降低,存在最优止水帷幕深度使得帷幕超过最优深度后地表沉降趋于稳定.     

某软土深基坑降水开挖地表沉降及影响因素分析

基于某软土地铁站深基坑工程项目,依据勘察与抽水试验数据采用有限元软件Midas GTS建立三维模型,研究渗流-应力耦合作用下基坑降水开挖过程中孔隙水压力及地表沉降变化规律,分析土体渗透系数及降水深度、降水速率等设计参数对地表沉降的影响。研究表明:基坑降水开挖使得地下水渗流路径呈降落漏斗形,基坑底部出现凹弧形等孔压线;地表最大沉降点与基坑的距离约为降水深度的1.0~0.75倍,孔压消散是地表沉降的主要因素;最终降水深度每增加1 m相应地表最大沉降量增加约2 mm,采取回灌措施比未采取引起的基坑周边地表最大沉降小26.2%。     

成层土中基坑开挖降水引起的地表沉降分析

研究了成层土中基坑开挖降水引起的土中应力变化及周围地表沉降求解方法，在假定降水引起的渗流是一维竖向的条件下，推导了基坑周围土中有效应力和地表沉降计算公式，并结合具体基坑降水工作实例作了计算与实测结果的比较与分析。研究结果表明，基坑降水及由此引发的渗流使土中有效应力改变是基抗周围地表发生沉降的根本原因。     

城市深基坑开挖对邻近多层建筑物的影响

城市深基坑开挖会对周边环境特别是浅基础建筑物的变形和安全产生影响。以南京市某深基坑工程为例,研究了基坑开挖对邻近多层建筑物变形的影响。首先建立了基坑的数值模型,将计算结果与实测值进行对比,验证了选取的材料参数与模型的合理性,然后对坑边多层建筑物的条形基础进行了模拟分析。结果表明：当有邻近条形基础存在时,围护墙的水平位移和坑边地表沉降均明显增大;邻近条形基础受开挖产生的附加沉降大于水平位移;增加基坑内支撑的数量可以使条形基础的附加沉降减小约14%。随着基坑与坑边距离的增加,土体竖向和水平位移的变化规律并不相同,当浅基础位于距坑边0.3He～1.0He(He为开挖深度)范围时,其沉降受开挖影响较大,距坑边较近时（<0.8He）,土体水平位移呈现内凸形。当浅基础距离坑边超过1.0He后,土体水平位移明显减小。     

坑底加固控制地铁基坑开挖引起土体位移的现场测试与分析

为了研究地铁基坑坑底加固对周边土体位移的影响,通过某软土地基地铁基坑南北测试段的水泥搅拌桩加固效果进行静力触探测试获得加固前、后锥尖阻力,计算得到南北测试段加固后土体无侧限抗压强度分别为0.58和1.17 MPa.对南北测试段表面沉降和地连墙水平位移进行实测,得到南北测试段地连墙最大水平位移分别为81.3、48.3mm,地表沉降最大值分别为-79.1、-40.2mm.建立Plaxis有限元计算模型,分析不同坑底加固效果工况下基坑开挖变形情况,模拟结果与实测结果基本一致.分析结果表明,南北测试段坑底加固后地连墙最大水平位移分别降低40%和64%,地表沉降分别降低26%和63%,地基加固能够有效地减小地铁基坑围护结构水平变形和地表沉降.     

湿陷性黄土中基坑支护的数值模拟分析

以河南省洛阳市某湿陷性黄土基坑工程为例,结合其所在区域的地质条件、周边环境等,采用了桩锚支护的基坑支护方案。针对该支护方案,应用有限差分程序FLAC3D建模分析了不同工况下支护结构和坑周土体的变形规律,得出了坑周土体的位移随着距坑距离的增大逐渐减小;支护桩的水平位移随着开挖深度的增加,桩顶处位移不断增大,而桩底部的位移越来越小;坑周地表沉降和水平位移及支护结构变形均满足设计要求。同时,研究了湿陷性黄土对桩土位移的影响,结果表明,该支护方案较为合理,桩锚支护结构对深基坑的变形起到了很好的控制作用。研究结果可为黄土地区湿陷性条件下的基坑支护技术及理论研究提供参考。     

某黄土深基坑复合土钉墙变形监测分析

依托某高速铁路明挖隧道黄土深基坑工程土钉墙支护结构，对深基坑施工过程中周边地表竖向位移、基坑侧壁深层水平位移、基坑坑底隆起进行监测，根据变形监测结果分析了基坑随施工进行和时间变化产生的变形情况，总结了深基坑的变形规律。结果表明：基坑周围地面沉降随基坑开挖深度增加而增加，现场监测基坑周围地表沉降最大值为7.43 mm;随着基坑开挖施工进行，土钉墙支护对基坑整体变形约束较小，呈现整体向基坑内部的倾斜变形，最大水平位移出现在基坑顶部附近深度约0.5 m处，变形值为10.84 mm;基坑整体变形较小，安全储备大，但考虑到湿陷性黄土遇水强度会显著降低的特性，为了保证基坑安全，选取的基坑设计参数是合理的；施工中须做好坑外防渗、排水。研究结果可为同类条件的基坑设计和施工提供借鉴。     

土体参数对地表沉降影响的数值模拟分析

以苏州东方之门基坑工程为背景,借助FLAC程序,采用土工参数初始值,对深基坑的开挖降水所引起的坑外地表沉降,进行了数值计算。通过单因素影响分析,讨论了土体的弹性模量、粘聚力、内摩擦角、渗透系数以及剪胀角对坑外地表沉降的影响。研究表明,土体的弹性模量以及粘聚力对地表沉降的影响最为显著,土体剪胀角和渗透系数的影响最小。     

盾构始发软土深基坑的变形及加固

软土地层具有高灵敏度、高压缩性和承载能力低的特点,在外荷载和震动的作用下容易产生变形和不均匀沉降．依托珠海市杧洲隧道工作井基坑工程,通过现场监测和数值模拟分析地下连续墙墙体水平位移、地表沉降和支撑轴力,研究软土深基坑开挖变形发展规律及被动区加固的影响．结果表明,墙体水平位移曲线图呈现“勺型”,最大值出现在1.4倍基坑开挖深度左右的位置,被动区加固使墙体水平位移最大值降低33%;地表沉降呈现“沉降槽”曲线特征,最大值出现在距离基坑边缘0.3倍开挖深度的位置,被动区加固使地表沉降最大值小于开挖深度的0.1%;开挖土体使支撑轴力迅速增大,下一层支撑的设置可以有效降低上一道支撑的轴力增长,被动区加固使支撑轴力最大值降低25%;被动区加固是软土深基坑控制变形的有效措施．研究结果可为软土深基坑施工和监测提供参考．