近河砂土地基深基坑支护及地下水控制

通过福州闽江毗岸的元洪城一期工程基坑支护及地下水控制的实践,阐述了采用水泥土搅拌桩支护及坑内降水可以解决近河砂土地基中深基坑开挖的技术难题     

粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

考虑挡墙位移非线性影响的土压力计算模型

针对传统土压力理论不能考虑挡墙位移对土压力计算影响的事实,建立了一个能考虑挡墙位移非线性影响的土压力计算模型,并讨论了模型中参数的影响和计算方法。离心模型试验表明,应用提出的模型的计算成果与试验实测值符合,该模型能较准确地考虑挡墙位移对土压力的非线性影响,从而为基坑开挖中的土压力计算提供了一种新的计算方法。     

离心模型挡土墙试验设备的研制

土压力问题是土力学和岩土工程领域的基本研究课题。土压力离心模型试验是验证土压力计算方法和研究土压力形成物理机制的有力工具。笔者研制开发的土压力离心模型试验设备,可用于刚性挡墙的静止土压力和平动模式下主动侧土压力的研究。该设备采用电机作为驱动系统,使得挡墙能够缓慢均匀地位移;配备有控制挡墙位移的自动控制系统,使得挡墙在离心加速度增大的过程能够保持静止状态。针对填土面水平、墙后填土为砂土的情况进行了离心模型试验,测量了墙背土压力及填土位移场随挡墙位移量的变化。试验结果规律好,验证了设备的有效性。     

饱和砂土地基上抗滑桩加固边坡的动力离心模型试验研究

动力离心模型试验是研究可液化地基上抗滑桩加固边坡地震动力响应的有效手段之一。使用铜质抗滑模型桩,采用黏度为50 cs的甲基硅油做为孔隙流体,通过抽真空法制作了饱和地基上的加固边坡模型。进行动力离心模型试验,研究了地震作用下饱和砂土地基中动孔压、边坡变形与土体加速度和抗滑桩弯矩的响应特征。试验结果表明,地震作用导致的动力附加弯矩相当于震前静力弯矩的87 %,说明地震作用与地基液化导致的附加弯矩不容忽视,该结论可为边坡进行抗震设计与稳定分析提供有意义的参考。     

深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩影响的离心模型试验研究

为研究深厚淤泥质软土地基中开挖基坑时桩土间的作用机制,以江苏省长江沿岸某电厂锅炉房基坑开挖为背景,按1:50的相似比设计了室内离心模型试验,从桩身应变、桩身位移、桩顶位移、地表沉降和土体变形影响范围、桩身弯矩和孔隙水压力等方面,分析了基坑开挖对坑内已有基桩和周围土体的影响,并与现场基坑开挖出现的问题进行了对比分析。结果表明:对上部为淤泥质土,下伏较好土层的地基,当淤泥质土的抗剪强度相对较高时,开挖时基桩受力较大,容易出现断桩事故;开挖过程中基桩应变出现两处极值,深度分别在开挖深度附近和淤泥质土与下伏土层交界面附近;由于基桩的存在,靠近开挖面一侧的土体孔隙水压力变化平稳,而桩后土体孔隙水压力随着开挖的进行变化剧烈;基坑开挖后桩土之间的相互作用主要发生在开挖后的48h内,之后趋于稳定。试验结果与现场实测数据基本吻合,为深厚软土内基坑设计和施工过程提供了可借鉴依据。     

深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩影响的离心模型试验研究

为研究深厚淤泥质软土地基中开挖基坑时桩土间的作用机制,以江苏省长江沿岸某电厂锅炉房基坑开挖为背景,按1:50的相似比设计了室内离心模型试验,从桩身应变、桩身位移、桩顶位移、地表沉降、土体变形影响范围、桩身弯矩和孔隙水压力等方面,分析了基坑开挖对坑内已有基桩和周围土体的影响,并与现场基坑开挖出现的问题进行了对比分析。结果表明:对上部为淤泥质土,下伏较好土层的地基,当淤泥质土的抗剪强度相对较高时,开挖时基桩受力较大,容易出现断桩事故;开挖过程中基桩应变出现两处极值,深度分别在开挖深度附近和淤泥质土与下伏土层交界面附近;由于基桩的存在,靠近开挖面一侧的土体孔隙水压力变化平稳,而桩后土体孔隙水压力随着开挖的进行变化剧烈;基坑开挖后桩土之间的相互作用主要发生在开挖后48h内,之后趋于稳定。试验结果与现场实测数据基本吻合,为深厚软土内基坑设计和施工过程提供了可借鉴的依据。     

软土地基基坑开挖中土钉支护的应用

土钉支护为一种用于土体开挖和边坡稳定的新型支挡结构,其应用已经拓展到软土地基基坑开挖中，根据工程实际并参照国内外应用研究现状，论述了土钉支护应用在软土地基的设计、施工方法及对策。     

格形地连墙与软土相互作用的离心试验研究

格形地下连续墙（GCRW）是一种常用于软土地区的基坑开挖的新型支护结构,该结构与软土的相互作用是必须深入研究的关键问题。结合背景工程,首先进行了格形地连墙模型的设计和试验方案的制定,通过离心模型试验模拟了分步开挖基坑时格形地连墙和软土的相互作用,并把测定结果与朗肯土压力进行了比较。试验结果表明,土压力基本上呈现线性变化特征,格形地连墙因基坑开挖引起的前墙内侧土压力而产生变形和位移;格形地连墙和格子内的土体作为一个整体在土压力的作用下保持平衡,受力特征与重力式支护结构相似。支护结构处于最不利状态时,主动区土压力介于朗肯静止土压力和主动土压力之间,而被动区土压力大于朗肯被动土压力,前墙没有倾覆是因为受到了隔墙拉力     

软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究

针对软土地区基坑底土层为饱和软黏土的情况,设计了狭长深基坑的抗隆起离心模型试验,分析不同开挖深度和水位条件下的基坑围护墙弯矩、土压力分布、水平位移以及基坑隆起稳定破坏机制。基于离心模型试验的基本参数和工况,建立了有限元数值模型,分析试验工况基坑的抗隆起稳定性与破坏状态,并进行对比验证。试验结果表明：随着开挖深度和坑外水位的增加,坑底软土层产生向上的隆起变形,当隆起变形较大时,围护墙由于坑内土体侧向约束的减弱,底部产生较大的向坑内的水平位移,同时导致支撑轴力增大,基坑最终表现出围护墙绕某道支撑点向坑内的转动踢脚破坏。数值计算结果表明：随着坑外水位的升高,基坑抗隆起稳定性安全系数逐渐减小,当发生抗隆起稳定破坏时,基坑底产生较大的隆起位移,破坏机制与离心模型试验结果相同。     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

Seismic response of flexible cantilever retaining walls with dry backfill

Failure of retaining walls during earthquakes has occurred many times in the past. Although significant progress has been made in analysing the seismic response of rigid gravity type retaining walls, considerable difficulties still exist in the seismic-resistant design of the flexible cantilever type of retaining walls because of the complex nature of the dynamic soil–structure interaction. In this paper the seismic response of cantilever retaining walls with dry backfill is simulated using centrifuge modelling and numerical modelling. It is found that bending moments on the wall increased significantly during an earthquake. After the end of base shaking, the residual moment on the wall was significantly higher than the moment under static loading. The numerical simulation is able to model quite accurately the main characteristics of acceleration, bending moment, and displacement recorded in the centrifuge test.     

北京市轨道交通基坑工程地表变形特性

根据基坑开挖深度、地层条件的不同,对北京市轨道交通80个明挖顺作法基坑工程实测结果进行统计分析,研究确定北京砂卵石和黏性土地区深基坑开挖引起的周边地表变形规律。研究表明：基坑工程周边地表最大变形的实测结果分布形态为正态分布或半整体分布,地表沉降变形值较大;最大地表沉降的平均值约为砂卵石地区0.11%H（H为开挖深度）,黏性土地区0.20%H;地表变形与桩体向基坑内、外的水平位移值有一定的对应关系;地表沉降随插入比的增大而减小,黏性土地区基坑支撑系统刚度对地表沉降有明显的影响;北京地区基坑工程周边主要影响区约为0.6H或0.7H范围以内。研究成果可对未来北京及其他地区城市轨道交通基坑工程变形大小、安全性的预测和评估、指导基坑工程设计与施工和对防止基坑事故的发生等具有重要意义。     

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。     

PRC管桩在基坑支护工程中的应用

青岛龙湖D2地块基坑支护工程中,支护桩对应土层为素填土、粗砂、粉质粘土。采用PRC-I 600AB110单节预应力管桩作为支护桩,桩径600 mm,桩长分别为7 m和8 m,桩端进入粉质粘土地层约3 m深。该桩刚度大,施工速度快。基坑开挖后,坡顶地面未出现明显裂缝和沉降。基坑经过监测,水平、竖向位移等监测项目均在允许位移范围内,满足设计要求。     

Finite element simulations of seismic effects on retaining walls with liquefiable backfills

Finite element simulations of two centrifuge tests on the same cantilever retaining wall model holding liquefiable backfill were conducted using the Biot formulation‐based program DIANA–SWANDYNE II. To demonstrate the effects due to different pore fluids in seismic centrifuge experiments, water was used as the pore fluid in one experiment whereas a substitute pore fluid was used in the second experiment. The cantilever wall model parameters were determined by comparing simulations with measurements from free‐vibration tests performed on the model wall without backfill. The initial stress conditions for dynamic analysis for the soil backfill were obtained by simulating static loads on the retaining wall from the soil backfill. Level‐ground centrifuge model results were used to select the parameters of the Pastor–Zienkiewicz mark III constitutive model used in the dynamic simulations of the soil. The effects due to different pore fluids were captured well by the simulations. The magnitudes of excess pore pressures in the soil, lateral thrust and its line of action on the wall, and wall bending strains, deflections, and accelerations were predicted well. Predictions of settlements and accelerations in the backfill were less satisfactory. Relatively high levels of Rayleigh damping were needed to be used in the retaining wall simulations in order to obtain numerically stable results, which is one of the shortcomings of the model. The procedure may be used for engineering purpose dealing with seismic analysis of flexible retaining walls where lateral pressures, bending strains and deflections in the wall are typically of importance. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

流砂地层中复合土钉墙的受力及变形性状

介绍东方肝胆医院基坑工程采用复合型土钉墙支护的设计、施工,以及对支护边坡的变形性状、土钉受力变形机理、喷层作用所进行的测试和研究,总结与改进了复合型土钉挡墙的设计方法。     

黄河冲积平原深基坑施工变形黏弹塑性分析

黄河冲积平原地区基坑深度范围内典型土层为黏土和粉质黏土,具有明显的流变特征,在该类土层中进行深基坑施工支护结构变形和内力值具有显著的时间效应,为掌握各控制指标的变化趋势有必要开发相应的土体黏弹塑性本构模型。根据济南市省会文化艺术中心深基坑土样室内试验数据,构造二阶非线性牛顿体黏弹塑性模型,并建立黏弹塑性模型参数与室内土样试验数据之间的数学关系。通过建立黏弹塑性增量形式的本构模型,并进行FLAC二次开发,分析深基坑施工支护结构侧向位移、弯矩,锚索内力随时间的变化,模型精度经验证符合工程分析需要。实例分析表明,支护结构侧向变形随时间变化逐渐增大,且前期发展较快,后期变形趋于稳定。与之相反,支护结构弯矩和锚索内力的变化则呈现出先增大后小幅降低至稳定的特点。     

粉质砂土土钉墙水平位移与土钉轴力的FLAC3D研究

以物理模型土钉墙的破坏性试验获得的土体的基本参数和模型的尺寸为基础,应用FLAC3D软件建立土钉墙数值模拟模型。通过数值模型模拟基坑开挖与支护过程,并监测该过程中的土钉墙墙体沿深度方向水平位移情况和各层土钉的轴力变化情况以及它们之间的关系。支护过程结束后,在墙顶分级施加竖向荷载直至墙体产生较大变形,研究了土钉墙在超载状况下的工作状况以及破坏过程,并与物理模型土钉墙的破坏性试验结果进行对比。研究发现,开挖过程中墙体水平位移底部大于顶部,呈“勺形”分布;墙体水平位移最大处附近的土钉轴力也最大;粉质砂土土钉墙变形超过基坑开挖深度的4‰后,墙体的稳定性会极大降低;粉质砂土土钉墙没有下卧软弱层时,在地面超载作用下其破坏形式为体内破坏,表现为部分土体沿滑裂面向下滑动。