基于强度折减法的圆形深基坑坑底抗隆起稳定性分析

用于一般形状基坑的坑底抗隆起稳定分析方法因不能考虑圆形基坑环向土体挤压作用而不适合于圆形基坑的分析。基于非线性有限元提出了轴对称条件下基坑坑底抗隆起稳定分析的强度折减方法。研究表明：圆形基坑强度折减到破坏时的滑裂面形状与一般形状基坑的滑裂面形状相似,但圆形基坑的滑裂面并不通过围护墙墙底,而是通过墙底下方的土体。采用平面轴对称有限元的强度折减法分析得到的坑底抗隆起稳定系数较平面应变有限元强度折减分析得到的稳定系数高得多。当开挖深度很小时,圆形基坑具有较大的坑底抗隆起稳定系数;但其值随着开挖深度的增大而逐渐减小。圆形基坑的坑底抗隆起稳定系数随着围护墙插入比的增大呈线性增加。最后采用基于平面轴对称有限元的强度折减法分析了上海世博500kV地下变电站圆形基坑的坑底抗隆起稳定性。     

软土基坑抗隆起稳定性计算的改进

在软土深基坑设计中,基坑抗隆起验算是一项重要的验算。首先介绍了不同的情况下基坑抗隆起稳定性的典型计算方法。然后引入基坑形状、围护墙入土深度、坑底下软土深度、坑底被动区地基加固处理及基坑内工程桩对基坑抗隆起稳定性的影响,并且介绍了相应的计算改进方法,为计算抗隆起稳定性提供了更为合理的方法。最后通过对新加坡Clarke Quay地铁站入口基坑开挖工程实例验算表明,计入各有利因素的影响,抗隆起稳定安全系数由0.6增加到1.528,证实了改进计算方法的合理性,同时也得出当坑底以下软土深厚时,联合使用坑底地基加固和工程桩能比较有效的提高抗隆起稳定性。     

窄基坑围护墙插入深度优化解析及离心试验研究

与宽基坑相比,窄基坑由于基坑开挖宽度小,围护墙的稳定性有很大的提高。对纵向长度长达数公里的窄基坑工程,在满足稳定的前提下,如果围护墙的插入深度可以得到优化,其经济效益将是巨大的。以福建省某城区电缆隧道的窄基坑工程为依托,开展窄基坑围护墙插入深度优化的研究。首先,采用解析的方法对比了不同开挖宽度条件下围护墙的受力及变形特征。结果表明,开挖宽度减小时,作用在围护墙的水平附加荷载将大幅降低,同时墙体的内力和变形也大幅减小。基于此,提出适用于窄基坑的坑底土体抗隆起稳定性安全系数计算方法,改进规范提出的计算方法。计算结果表明,由改进的计算方法得到的安全系数大于规范方法算得的安全系数。若按照改进的计算方法进行设计,围护墙插入深度可减少25%。最后,基于离心物理模型试验对提出的理论进行验证。试验结果表明,对于窄基坑,规范提供的围护墙临界插入深度计算方法确实过于保守,在设计窄基坑时有必要对围护墙插入深度进行优化。研究成果可为窄基坑工程围护墙插入深度的优化设计提供理论依据。     

圆形基坑围护结构稳定性分析

圆形基坑有明显的空间效应,但目前的抗倾覆稳定安全系数计算公式不能考虑圆形基坑的空间效应.推导了圆形基坑的抗倾覆稳定安全系数计算公式,该公式在基坑直径无限大时可以退化为规范推荐公式.以参考文献中模型试验及数值分析结果为基础计算的圆形基坑变形与抗倾覆稳定安全系数关系说明该公式有一定合理性.应用该计算方法分析了圆形基坑直径对...     

基于强度折减法的条形基坑围护深度优化研究

工程设计中,基坑围护结构深度(由插入比决定)往往由抗隆起稳定性验算控制。对于条形基坑,由于没有考虑基坑的空间效应尤其是宽度B的影响,基坑抗隆起稳定性的计算值偏小;这导致围护结构的插入比过大,造成较大的工程浪费。结合基坑工程实例,采用有限元强度折减法分析了围护结构插入比对条形基坑稳定性的影响规律,并以此为依据,优化条形基坑围护结构的深度。工程实践证明优化设计能够满足控制条形基坑稳定性的需要,可在类似工程中推广。     

基坑抗隆起稳定性计算方法的改进

在基坑抗隆起稳定性分析时,通常采用Prandtl和Terzaghi两种抗隆起安全系数计算法,而这两种传统方法假定极限土体双侧滑移与基坑滑移的实际情况不符,计算方法存在缺陷.为了提高基坑抗隆起稳定设计的可靠性,将地基破坏时土体滑移面改为单侧滑移,同时考虑地下水渗流作用的影响,推导出新的计算抗隆起稳定安全系数计算公式.以水泥土重力式挡墙为例,通过改进方法分别探讨了渗透力、土体强度和挡墙插入比等因素对基坑抗隆起稳定性的影响,并将改进方法计算结果与Prandtl和Terzaghi抗隆起安全系数法进行比较,计算结果表明改进方法更符合工程的实际情况.     

软土地区基坑坑底抗隆起稳定计算分析

基坑坑底抗隆起稳定性验算在软土地区基坑工程设计中位居核心地位,不仅关系到基坑的稳定及周边环境的安全,还影响基坑工程的造价。对基坑坑底抗隆起计算方法及适用条件进行梳理,结合工程实例,以极限平衡法中的圆弧滑动模式为基础,计算分析了围护墙插入比、最下道支撑的位置、坑内加固及基坑尺寸对坑底抗隆起稳定性的影响。结果表明增加围护墙插入比、减小最下道支撑与坑底的距离、增加坑底土体加固均能有效增加坑底抗隆起稳定性;对于基坑宽度较小的狭窄基坑应考虑空间约束效应,若以传统的圆弧滑动计算模式则过于保守,会造成较大浪费。     

考虑局部荷载的基坑抗隆起稳定性三维分析

针对目前基坑抗隆起稳定性计算方法不能考虑三维空间下局部地面荷载作用的问题,在圆弧滑动法的基础上,结合Boussinesq解,建立了可以考虑地面局部荷载的基坑三维抗隆起稳定性系数计算方法,并结合工程算例,分析了地面局部荷载不同作用位置及范围下基坑三维抗隆起稳定性系数的变化。结果表明:基坑长度小于60 m时,三维抗隆起稳定性系数明显大于二维计算结果,计算结果最大可相差60%以上;荷载作用位置及作用范围变化时,基坑三维抗隆起稳定系数变化复杂,且在滑裂体边界附近的荷载变化会导致基坑三维抗隆起稳定系数发生较明显的变化;距离基坑较远的地面荷载对基坑抗隆起稳定系数影响较小,计算时可适当简化。     

超大深度基坑抗隆起稳定系数研究

本文引入深部土本构模型,并将其带入到超大深度基坑抗隆起稳定安全系数的计算模型,得出不考虑土体各向异性的超大深度基坑抗隆起稳定安全系数。进一步通过算例分析了土体参数和基坑工程参数对超大深度基坑抗隆起稳定性的影响。     

基坑围护结构的抗冲剪稳定安全系数的计算与应用

基坑最下道支撑设置过高会造成围护结构中剪力过大,导致围护结构发生冲剪破坏。这种破坏属于脆性破坏,具有突发性,可能造成灾难性的后果。目前常用的各类安全系数只能控制围护结构的插入深度,不能控制最下道支撑的设置高度,所以不能避免基坑发生这种破坏。为此,提出基坑围护结构抗冲剪稳定安全系数,描述围护结构冲剪破坏形式和特征,给出抗冲剪稳定安全系数的计算方法。研究表明,在其他安全系数满足要求时还应验算围护结构抗冲剪稳定性,分析最下道支撑设置高度的合理性。应用抗冲剪稳定安全系数可以解释国内某城市地铁基坑坍塌事故的破坏机制。计算分析表明,采用该安全系数控制最下道支撑高度可以使基坑的各种安全系数与插入比关系线性化。该安全系数形式简单、计算方便,在基坑的设计和施工中有重要的应用价值。     

软土地区偏压基坑抗隆起稳定安全系数的强度折减法研究

针对偏压工况下软土地区基坑开挖的坑底隆起问题,建立了二维有限元强度折减分析模型。对偏压范围、偏压距离以及偏压荷载大小对抗隆起稳定安全系数的影响进行了数值模拟分析,同时对比了极限平衡法、极限分析法和上述数值方法在偏压工况下的抗隆起稳定安全系数。结果表明:偏压范围越大或偏压距离越小,基坑抗隆起稳定安全系数越小;不同深宽比下的基坑抗隆起稳定安全系数均随偏压荷载大小增加而线性减小;Terzaghi极限平衡法和极限分析法均高估了偏压基坑的抗隆起稳定性,偏危险;BjerrumEide极限平衡法和基于Prandtl机构的规范法低估了偏压基坑的抗隆起稳定性,偏保守。     

不排水条件下黏性土地基承载力系数N_c值的计算与工程应用

为了使黏性土地层地基承载力计算和基坑稳定性分析能够考虑基础形状和深度影响,给出了一个计算地基承载力系数N_c值的近似解析计算方法,可以把不同形状和埋深基础的承载力统一在一个公式中计算。如果对塑性区深度作适当调整,可以使计算结果非常接近试验值和现场数据的调查结果。依据该方法,可证明地基承载力计算时采用的N_c值与基坑稳定性分析时采用的N_c值是同一的。基于该方法,可以使Terzaghi的抗隆起稳定分析方法能够考虑围护结构插入深度的影响;同时,文章也给出了一个浅基础承载力系数的近似估算方法。     

空间效应对某圆形基坑抗倾覆稳定性影响分析

工程实践表明,圆形基坑有明显的空间效应,但是目前以杆系有限元为主要计算手段的启明星和理正计算软件并不能考虑圆形基坑的空间效应,使得设计偏于保守,造成较大浪费。文章以圆形基坑抗倾覆稳定安全系数与坑底隆起的拟合关系式为依据,利用三维有限元软件MIDAS/GTS对天津市某圆形基坑的开挖过程进行了数值模拟计算。模拟结果验证了基坑空间效应的存在,同时在一定程度上验证了该拟合关系式的合理性。     

上海新田360广场深大基坑围护体系稳定性评价与分析

为研究深大基坑围护体系设计的可靠性,以上海新田360广场为例,选取1-1截面运用安全系数法对围护桩变形及内力、坑底抗隆起、墙底抗隆起、抗倾覆、抗渗流及整体稳定性等指标进行计算和分析。结果表明所计算各指标安全系数均满足规范要求,随后采用距离倒数法来评价各指标值和规范要求值的差异程度,发现抗倾覆安全系数距离倒数最大,其风险系数最大,故在基坑支护时应重点防范。     

考虑二维和三维尺寸效应的基坑抗隆起稳定安全系数

大量工程实践均表明,小尺寸基坑具有更好的稳定性,表现出明显的尺寸效应。但现有规范推荐的基坑稳定分析方法均假设基坑宽度和尺寸对安全系数没有影响,造成小尺寸和狭窄基坑围护设计的巨大浪费。目前,还没有采用解析方法计算的安全系数能够合理地考虑基坑的三维尺寸效应。为解决基坑稳定性的三维尺寸效应问题,提出了一个新的基坑安全系数K_W,把基坑底隆起失稳问题简化为弹性半空间上在坑底施加一个负载所引起的塑性区扩展问题。基坑开挖形成的负载绝对值为γ₁H。围护墙的存在导致基坑达到失稳极限状态时的塑性区向下扩展延伸,当塑性区的破裂面通过围护墙底时达到负载的极限状态。采用弹性力学解析解可计算出负载引起的附加应力,与地应力场叠加可计算出极限负载p_u的大小,考虑坑外超载q后,定义K_W=p_u/(γ₁H+q)。利用这个新的安全系数不但可以分析长条形基坑宽度和矩形基坑大小对围护结构稳定性的影响,还可以针对基坑不同位置计算安全系数。本文方法为利用基坑的二维和三维尺寸和空间效应缩短围护结构入土深度提供了一个有力的理论工具,有极高的推广应用价值。     

铁路工程基坑施工中的预应力锚杆加固技术分析

传统的铁路工程基坑维护墙体模板支设不稳定,导致铁路工程施工产生质量问题。基于此,文章提出了铁路工程基坑施工中的预应力锚杆加固技术。该方法针对重力式挡土墙不稳定的现象,运用框架预应力锚杆加固技术对重力式挡土墙进行加固。以极限平衡理论及库仑土压力理论为基础,对挡土墙进行稳定性分析,推导出挡土墙的抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性安全系数的求解计算公式。使用极限平衡法计算围护墙体入土深度,使基坑工程具有一定的稳定性。经过放置H型定位钢、孔位定位、桩机就位与搅拌成桩施工、H型钢焊接及插入,完成围护墙体模板支设。制作并安装钢筋笼,计算首批混凝土需要量,使用混凝土浇注,确保桩基压实。结果显示,在锚杆预应力每增加50kN时,稳定性安全系数提高的幅度达到50%左右；从经济性和安全性两方面综合考虑,对锚杆施加100kN的预应力是最佳的。     

坑中坑开挖对基坑抗隆起稳定性的影响分析

在既有基坑内部进行二次开挖形成坑中坑的过程也是对基坑被动区土体卸载的过程,被动区土体的卸载加大了坑底隆起变形的趋势,对基坑抗隆起稳定性产生较大影响。根据坑中坑与圆弧滑动面的位置关系的不同,对坑中坑类型进行了分类,推导了不同类型坑中坑基坑抗隆起稳定安全系数的计算公式。研究结果表明：坑中坑基坑抗隆起稳定性与坑中坑开挖位置有关,当坑中坑在圆弧滑动面影响区域内开挖时会减小抗滑力矩,降低基坑抗隆起稳定安全系数。外部型坑中坑对基坑抗隆起稳定性无影响。内部型坑中坑基坑抗隆起安全系数随内外坑壁距离、内坑宽度、内坑深度的增大而减小。坑底相交型坑中坑基坑抗隆起安全系数与内坑宽度无关,随内外坑壁距离的增大而先减小后增大,随内坑深度的增大而减小。坑壁相交型坑中坑基坑抗隆起安全系数与内坑宽度、内坑深度无关,随内外坑壁距离的增大而增大。     

考虑弧长和法向应力修正的基坑抗隆起稳定计算方法

目前抗隆起稳定计算方法多是基于均质土推导得出安全系数计算公式,将其应用于分层土地基时,通常将各土层的抗剪强度指标按土层厚度加权平均,这种方法既没有考虑滑动面实际经过各土层的弧长也没有考虑滑动面上法向应力大小。分析了分层土地基中土层分布影响抗隆起稳定性的因素,针对均质土中的抗隆起稳定验算公式提出了两种修正方法,按弧长加权平均法和按弧长与滑动面法向应力加权平均法。通过工程实例计算分析表明,传统层厚加权平均法得到的安全系数与精确解法得到的安全系数相差较大,不能合理反映各土层的抗隆起贡献;而两种修正方法,尤其是第二种,所得到的安全系数接近精确解法得到的结果,可以合理地反映不同深度土层对抗隆起稳定的贡献及基坑抗隆起稳定安全系数随土层分布变化的变化规律,并且计算简便,易于工程技术人员使用。此外,针对土层分布变化对抗隆起稳定的影响研究得出,滑动面下部土层对基坑稳定性影响最显著,因此在工程实践中,应尽可能将全部或部分支护结构的底端嵌入较好的土层中。     

基坑土体稳定性的模糊概率分析方法研究

鉴于基坑土体稳定性问题同时具有随机性和模糊性的特点,对坑底土体抗隆起稳定性的模糊失稳概率的计算方法进行研究。通过实例计算结果表明:模糊失稳概率将随着模糊过渡区的增大而增大。模糊随机研究方法可以为基坑工程传统的经验安全系数法的安全系数确定提供一定的理论依据。     

基坑抗隆起稳定分析的临界宽度法

为了提高深基坑抗隆起稳定设计的可靠性,根据Terzaghi地基承载力理论,针对基坑隆起破坏均为单面滑动失稳的实际情况,推导了新的计算抗隆起稳定安全系数方法--临界宽度法,提出了对应抗隆起稳定最小安全系数的临界宽度概念,给出了均质地基的临界宽度的理论解答。对影响基坑抗隆起稳定问题的因素进行了参数分析,并建议了相应的抗隆起稳定安全系数允许值。通过初步工程应用对比分析,证明了所建议新方法有可行性和工程实用意义。