工字钢水泥土搅拌墙基坑支护的力学性能研究

河南某基坑最大开挖深度为5.8 m,场地以饱和淤泥质粉质黏土为主,与周边既有建筑最近距离为1.2 m,采用工字钢水泥土搅拌墙和预应力扩大头锚杆进行支护。运用PLAXIS有限元软件对该基坑支护结构进行数值模拟,得到了不同工况的土体位移、工字钢水泥土搅拌墙轴力和弯矩、预应力锚杆的锚固力和各开挖阶段的总乘子 ,结果表明,数值计算的土体水平位移与实际监测数据比较吻合,验证了工字钢水泥土搅拌墙建模的合理性;PLAXIS软件能较好地模拟基坑开挖过程中土层及结构的变形特点,验证了PLAXIS有限元软件在基坑工程的适用性;数值计算的土体水平位移、锚杆轴力、采用强度折减法计算的各开挖阶段的总乘子 均满足基坑设计要求,验证了工字钢水泥土搅拌墙在基坑支护的可行性,为类似基坑设计提供了理论依据。     

考虑基坑开挖宽度的杆系有限元算法及试验研究

工程实践表明,狭窄基坑围护结构变形相对较小;而超宽基坑围护结构变形相对较大,并伴有明显的踢脚变形。由于目前常用的杆系有限元算法不能考虑基坑宽度对围护上土压力的影响,使狭窄基坑设计时偏于保守,造成较大浪费;较宽基坑设计时偏于危险,造成基坑施工风险。推导了可以考虑基坑宽度影响的围护结构上土压力折减因子的计算方法,对基坑工程杆系有限元分析的荷载取值进行了调整,改进了目前基坑设计采用的杆系有限元方法。针对24、32、42 m 3种宽度分别进行了离心模型试验。试验结果表明,传统的杆系有限元方法计算结果在考虑基坑宽度影响时明显与试验结果不符。应用所提理论对试验成果进行了分析,证明了方法的合理性。此方法是对目前基坑设计采用的杆系有限元方法的必要修正,值得在基坑设计时推广。     

基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟

上海新金桥广场基坑工程位于地铁区间隧道的正上方,坑底距隧道顶的最小距离仅为4 m.基坑开挖对该地铁区间隧道影响的分析与计算成为该工程的关键.为此建立了该基坑工程的数值分析模型,模型充分考虑了设计中隧道周围土体加固、充分利用时空效应开挖土方等重要措施,并采用了能反应应力路径的上海软土卸荷模量.数值模型对实际施工工况进行模拟,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对地铁隧道的影响.为优化设计和施工提供了有益的参考.     

环形超深基坑围护结构受力变形特性分析

结合上海世博500 kV变电站超深基坑实际工程,采用平面应变及轴对称弹性地基有限元分析模型对基坑围护结构的空间效应进行简化,分析了环形基坑空间效应、内衬墙以及水土压力模式对围护结构受力变形特性的影响,并与实测结果进行比较。结果表明,环形基坑围护结构的空间效应对其受力变形特性影响很大,在计算过程中必须考虑围护结构环向刚度对径向刚度的贡献;内衬墙作用类似于环形支撑,对地下连续墙受力及变形是有利的;地下连续墙水平位移实测值最接近于侧压力系数1.0的轴对称有限元分析结果;地下连续墙环向应力和弯矩实测值位于按规范水土分算与侧压力系数1.0的轴对称有限元计算结果之间。     

大型复杂基坑平面双环组合支撑体系研究

环形支撑体系以环撑受压为主要特点,是内支撑体系中能充分发挥混凝土材料性能的合理支撑体系。环形支撑能优化支撑和竖向立柱数量,使支护体系具有土方开挖方便、主体结构施工空间良好、支撑拆除量少和施工周期短等显著效益。但是环形支撑体系受力复杂,尤其是平面双环支撑,对设计和施工都有较高要求。佛山融利大厦基坑周边用地紧张、基坑规模较大、支护难度大,经综合比选选取平面双环组合支撑+支护桩支护体系,相对于其它支护方案具有明显的经济效益。在对该工程概况、地质水文条件以及基坑支护方案设计论述的基础上,采用三维有限元和理正杆件整体计算方法,模拟分析了该基坑受力状况;结合基坑施工步骤及土方开挖过程中实际监测数据,对比分析与研究了环撑支撑体系的受力特征。研究结果不仅补充了软土地区大型复杂基坑采用双环支撑方式相关的理论内容,而且为今后类似条件下基坑支护方式的实施提供一定参考。     

基坑工程有限元数值分析结果的可视化表达

针对基坑工程的施工力学特性,采用双扫描线提出有限元数值计算结果可视化后处理方法,在阐述了双扫描线方法的基本原理和实现方法的基础上,编制了可视化后处理类程序,并整合到所开发的基坑开挖有限元分析程序中。最后,对某一开挖基坑计算结果进行了处理,得到了满意的效果。     

济南典型地层HSS参数选取及适用性研究

针对济南地区典型地层上的基坑工程,土体采用PLAXIS 3D中的硬化土小应变（HSS）模型,建立了有限元模型,并根据实际监测数据结合位移反分析技术,得到了该典型地层下土体HSS模型参数的一般选取方法。之后简化模型,分别采用土体的HSS模型与Mohr-Coulomb（M-C）模型进行有限元分析,对比基坑开挖至不同深度时,应用两种模型模拟所得挡土墙变形与墙后地表沉降的差异。结果表明：基坑数值分析中,土体采用M-C模型与HSS模型所得结果的差异随基坑挖深增加而增加,且采用HSS模型所得结果更符合深基坑的实际变形。综合考虑采用HSS模型与M-C模型建模时的参数选取难易程度、经济性以及两种模型数值分析的工程适用性,建议基坑开挖超过15 m时,土体采用HSS模型进行数值分析,反之可采用M-C模型。研究结果对指导深基坑支护设计及岩土工程参数的勘察、选取,具有重要参考价值。     

软土深基坑支护内力和变形的三维有限元分析

针对天津经济技术开发区某软土深基坑工程,采用大型有限元分析软件ABAQUS对基坑支护体系的内力、变形进行了全三维非线性有限元分析：应用单元生死功能精确地模拟实际开挖过程;为减小不同类型单元自由度耦合引起的计算误差,对土体及支护体系均采用实体单元模拟;通过数值分析结果与实际测量数据的比较,验证了分析方法的精度,计算方 法及结论有益于今后对类似基坑工程进行更可靠的分析设计。     

悬臂式支护结构设计中土层参数分算与合算的探讨

针对基坑支护设计中土层参数的选取问题,以悬臂桩支护结构为例,在基坑支护设计中土层参数分别采用分算与合算两种方法计算,结果表明：当各土层差异较大时,采用两种方法计算得出的最大弯矩和埋深相差较大;采用合算的结果较小,分算的结果较大.采用m法对分算与合算的设计计算结果进行悬臂桩的位移和转角的计算,其结果都能满足工程技术相关规范要求.但合算的计算结果更经济,更符合工程实际需要.     

悬挂式止水帷幕涌水量计算数值模拟及验证

在基坑工程中,为合理保护地下水资源和节约工程成本,悬挂式止水帷幕在工程中的应用越来越广泛。为更好地研究悬挂式止水帷幕基坑涌水量及影响半径的影响范围,依托北京市东城区第一人民医院基坑项目,进行了悬挂式止水帷幕基坑涌水量的数值模拟,并现场进行数据监测,从而对数值计算结果进行验证。结果表明:(1)利用有限元数值模拟软件分析的基坑内涌水量与实际监测的数值趋势相同,日涌水量可以达到1970 m3;(2)设置悬挂式止水帷幕的基坑,原基坑降水影响半径不再适用,降水影响半径比原来有所减小;(3)随着距离止水帷幕距离的增加,基坑外水头值越来越大;随着距离止水帷幕距离的越来越大,基坑外水头值增加的趋势越来越小。     

A calculation method for deformation of diaphragm wall of narrow deep foundation pit in soft soil considering spatio-temporal effectEI北大核心

为准确评估软土地区基坑施工安全以及对周围环境的影响,开挖过程中的时间和空间影响因素不可忽视。以长江漫滩软土地区某深基坑开挖工程为依托,首先建立考虑顺逆结合施工过程的有限元模型,将地连墙水平位移的计算值与实测值进行对比,验证有限元计算的可靠性;基于理论分析、数值计算和实测数据,采用坑角效应影响系数和等效水平抗力系数来衡量时空效应对支护变形的影响,提出考虑时空效应的地连墙变形计算方法;通过工程实例验证了在软土地区基坑设计计算中考虑时空效应的必要性以及所提计算方法的合理性。该研究成果可为软土地区深基坑变形计算提供有益借鉴。     

天津软土地区深基坑开挖对地下管线位移规律的数值模拟研究

以天津市某研发大楼深基坑工程为例,运用有限元模拟方法分析基坑开挖引起邻近管线位移的规律.模拟结果表明,基坑开挖顺序不同将导致管线位移不同,基坑从中间向两边开挖对管线的影响较从两边向中间开挖时要小,且基坑端部为管线曲率改变最大处.对土体的加固可有效减小基坑开挖引起的管线位移,加固土体的深度和宽度不同,对管线位移的限制作用也不相同,结合本工程实际情况,认为加固深度为7m、宽度为7m时,是在保证加固效果的前提下最经济的加固范围.     

深基坑降水中不同的地质模型有限元应用研究

分析水-土耦合场相互作用时,将岩土视作弹塑性材料。在非线性本构关系下,考虑渗透作用,得出岩土体有限元方程,建立了基坑降水的三维水-土耦合的数学模型。对基坑降水中不同的地质模型潜水、承压水及有越流补给和实际工程条件井管、过滤管、止水帷幕分别进行了计算处理,并以武汉国际证券大厦降水工程为实例,对其降水过程进行了三维有限元计算。应用三维数值模拟方法,能很好地模拟基坑防渗帷幕、非均质和各向异性、承压-无压等一些解析法难以处理的实际工程条件和地质模型。     

深基坑PCMW工法开挖过程离散元数值模拟分析

深基坑稳定性问题是重要的工程问题,其中,有效支护结构是保证基坑工程顺利实施的基础。本文引入离散元法,提出了基坑及支护结构建模和数值模拟方法。采用紧密堆积离散单元构建模型初始地层,引入了离散单元团簇模型来构建表面较为光滑的管桩。以南京某深基坑工程为例,采用三维离散元模拟软件MatDEM3D构建几何模型,并根据土体的力学性质设定相应单元的力学参数。数值模拟中,通过预平衡操作实现土层的压实,进而模拟了基坑开挖过程中土体和管桩的变形。将数值模拟结果与实测监测数据进行了对比分析,评价了基坑支护结构的有效性。这种基坑离散元数值模拟方法在基坑开挖过程的稳定性预判和支护结构的有效性评价上具有潜在的应用前景。     

地铁车站基坑围护结构变形监测与数值模拟

以某城市大型地铁车站基坑为研究背景,对基坑围护结构及其变形监测方案进行了设计,并对基坑围护结构变形的现场监测数据进行了分析,重点分析了基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律。建立了弹塑性有限元模型,并对地铁车站深基坑开挖进行施工仿真模拟计算,将获得的围护结构变形结果与监测结果进行了对比分析,再引用多种围护形式对基坑变形进行敏感性因素分析。结果表明：钢支撑+围护桩的围护形式对基坑土体的侧向变形有较好的限制作用,有限元数值计算结果与现场实测结果比较一致,有限元计算的结果是可信的,改变钢支撑的施作位置对限制基坑的侧向变形有重要作用。随着围护桩入土深度的增大,土体向基坑内侧变形的趋势有所减缓。     

基坑内土体加固对围护结构内力的影响分析

软土地区常采用坑内土体加固来达到控制围护结构内力的目的。以弹性地基梁法为基础建立了基坑的有限元模型,利用模型分析了坑内土体的加固深度及程度对围护结构内力的影响。结果表明,围护结构的内力随加固深度及程度的增大而减小,而且还存在着临界加固深度及程度。因此,合理地确定加固深度及程度既能保证基坑安全,又能够节省工程造价。     

具有相邻建筑物的岩质基坑支护结构优化设计的讨论

传统岩质基坑支护设计方法通常没有考虑岩质基坑与支护结构相互作用以及相邻建筑物对支挡结构和岩质基坑稳定性的影响。结合实际工程,采用PLAXIS有限元软件,分别应用有限元强度折减法和有限元法对具有相邻建筑物条件下的岩质基坑的稳定性和变形、岩石侧压力、基坑开挖对相邻建筑物的影响以及支护结构的优化设计等方面进行了分析。结合《高层建筑结构设计规程》和《建筑地基基础设计规范》提出了相邻既有建筑基础变形的控制条件,并以此作为控制基坑变形的依据,并根据岩质基坑的变形限值计算岩石侧压力和进行岩质基坑支护设计,该方法能够有效地节约造价和缩短工期。     

基坑装配式可回收支护和桩锚支护结构的受力与变形分析

基坑支护工程在我国城市化建设过程中具有重要的作用,一些新型支护形式的出现极大丰富了基坑支护的多样性。本文以衡水市现场基坑支护实验工程为背景,工程将装配式可回收支护结构和桩锚支护结构作为研究对象,通过室内土工试验数据确定本构模型参数,利用有限元软件PLAXIS3D建立三维有限元模型,模拟基坑开挖和支护的全过程,并分析基坑土体和支护结构的受力、变形特征。对比相同土体和开挖条件下装配式可回收支护结构和桩锚支护结构的稳定性,结果表明：装配式可回收深基坑支护形式能更好地控制土体隆起变形,更利于限制深层土体的位移,也可以更好地控制坑顶水平位移。装配式支护结构施工简单速度快,且能回收利用,符合我国绿色建筑理念。     

深基坑支护双排桩计算模型的改进

当锚索超出规划红线被越来越严格限制后,双排桩支护的应用已越来越多。实践中发现现有规范方法的双排桩计算模型简单方便,但对于软土地层时存在计算位移不够合理的情况。同时,桩间土简化为压缩弹簧未能充分考虑桩和土柱之间的作用,会使计算位移偏大。为改进这些不足,建议了一个新的土压力模式,即基坑面以下的附加压力看作弹性应力,对两排桩与桩间土的作用增加一个等效土柱刚度,对基坑面以下的桩间土弹簧刚度取压缩刚度和m法刚度的大值,使计算的位移更合理,并与有限元和工程实测结果进行了比较,初步检验其合理性。