土钉支护基坑抗隆起稳定性计算方法研究

以基坑隆起破坏的根本原因是地基承载力不足为前提,运用Terzaghi地基极限承载力理论,推导了土钉支护条件下基坑抗隆起稳定性的计算方法。采用地基土单侧滑动失稳破坏假设,同时考虑了单侧滑动体上竖向抗剪力对抵抗基坑隆起所起的作用。通过基本算例,对影响基坑抗隆起稳定性的参数进行了讨论,并得出了各抗隆起安全系数与各因素之间的部分变化规律。与现有的基坑抗隆起稳定性计算方法对比分析表明,所建议的方法在实际工程应用中是可行的。     

基坑抗隆起稳定安全系数的算法对比分析

基坑隆起变形破坏是一种常见的基坑失稳形式。基坑隆起变形量监测存在一定困难,基坑坑底抗隆起稳定性分析主要是计算安全系数。目前基坑抗隆起稳定安全系数计算方法主要有极限平衡、极限分析和强度折减等方法。结合工程算例,采用上述3种算法进行基坑抗隆起稳定安全系数计算,对比分析了各种计算方法的适用性。结果表明,极限平衡传统算法忽略的工程因素较多,计算结果过于保守,通过修正可以提高适用性。极限分析与强度折减的计算结果较为准确,但极限分析的破坏模式和强度折减中基坑稳定临界状态容许隆起量仍需进一步研究。     

对基坑抗隆起稳定安全系数的改进

基坑的平面形状、尺寸以及围护结构的入土深度都会影响基坑的抗隆起稳定性,但现行规范推荐的抗隆起稳定安全系数算法均不能反映这些因素的综合影响。为解决这一问题,区分不同情况,对基坑底隆起破坏可能的模式做了必要的分类,分别给出了不同破坏模式情况下抗隆起稳定安全系数的计算方法。基于此方法,基坑围护结构的强度、刚度和入土深度都会影响基坑的抗隆起稳定性。计算分析表明,无论是对于排水情况还是不排水情况,狭窄基坑都具有更好的稳定性,而围护结构的入土深度可提高基坑的稳定性。改造后的基坑安全系数使传统算法可以考虑更多因素,为狭窄基坑缩小围护结构入土深度提供了一个理论手段。     

软土地区基坑墙底抗隆起稳定性Prandtl计算式的改进

软土地区,应用Prandtl地基承载力计算式验算墙底抗隆起稳定性安全系数存在两个问题：一是不能反映随着围护体插入深度的增加,墙底抗隆起稳定性安全系数也随之增大;二是不能体现基坑宽度对墙底抗隆起稳定性安全系数的影响。本文在分析基坑开挖卸荷与应用Prandtl公式计算地基承载力的力学边界条件差异的基础上,认为现有的Prandtl计算式不足以反映基坑隆起破坏滑动模式;依据极限平衡计算原理,提出考虑围护体墙底以上基坑内外两侧土体抗剪作用的改进计算模式。按基坑宽深比为3的标准划分宽、窄基坑,并分别给出宽窄基坑抗隆起稳定性安全系数计算式。通过工程实例计算表明：本文提出的改进公式与成功实施的工程实例安全状况相符,能解释在软土地区随着围护体插入比的增大,基坑抗隆起稳定性得到提高的规律;按照宽窄基坑划分,可以合理计算窄基坑的抗隆起稳定性安全系数。本文研究结果可有助于软土地区基坑抗隆起稳定性计算评价和基坑围护结构的优化设计,也有待于进一步理论研究的补充完善和工程实践的验证。     

考虑水位和孔压影响的基坑抗隆起稳定性上限分析

分析了基坑围护墙内外水位和孔压的分布规律,基于极限分析上限定理,将孔压做功作为外力功代入上限定理能量平衡方程,选用Prandtl滑动模式建立了考虑地下水位和孔压影响的基坑抗隆起分析方法及其验算公式。通过该计算方法对坑外水位、土体强度、硬土层深度和基坑开挖宽度等参数的影响分析以及工程实例的对比计算,验证了公式的适用性。分析结果表明,基坑内外水位和孔压变化以及地下水渗流对抗隆起稳定性产生重要影响,地下水是影响基坑稳定性的一个重要的不利因素。与经典的Terzaghi、Bjerrum和Eide方法以及Chang方法相比,该分析方法可以考虑坑内外水位和孔压对抗隆起稳定性的影响,为软土地区基坑抗隆起稳定性分析提供了合理的计算方法。     

考虑支撑作用的基坑抗隆起稳定安全系数计算方法

圆弧滑动法是国内规范计算基坑抗隆起稳定安全系数的主要方法之一。传统方法假设了滑动圆弧的圆心位置,最常用的位置是最下道支撑与围护墙的交点,这相当于假定支撑体系不会破坏,计算结果显然是偏于不安全的。给出一个计算模型,该模型不固定滑弧圆心位置,把通过试算得到的安全系数最小值作为最终的抗隆起稳定安全系数。同时,给出了考虑基坑宽度影响的算法。算例分析表明：针对传统地铁基坑,滑弧圆心可能位于最下道或以上各道支撑处,支撑体系的稳定性对安全系数有明显影响;当支撑极限轴力增大至临界值时可过渡为传统算法。进一步的分析表明,滑弧圆心最终位于基坑内一侧。所提方法是对传统圆弧滑动法的一个重要改进,适合在基坑设计和施工中推广应用。     

考虑支撑作用的基坑抗隆起稳定安全系数计算方法

圆弧滑动法是国内规范计算基坑抗隆起稳定安全系数的主要方法之一。传统方法假设了滑动圆弧的圆心位置,最常用的位置是最下道支撑与围护墙的交点,这相当于假定支撑体系不会破坏,计算结果显然是偏于不安全的。本文给出一个计算模型,该模型不固定滑弧圆心位置,把通过试算得到的安全系数最小值作为最终的抗隆起稳定安全系数。同时,给出了考虑基坑宽度影响的算法。算例分析表明：针对传统地铁基坑,滑弧圆心可能位于最下道或以上各道支撑处,支撑体系的稳定性对安全系数有明显影响;当支撑极限轴力增大至临界值时可过渡为传统算法。进一步的分析表明,滑弧圆心最终位于基坑内一侧。本文方法是对传统圆弧滑动法的一个重要改进,适合在基坑设计和施工中推广应用。     

基于连续速度场的基坑抗隆起稳定性上限分析

传统的基坑抗隆起稳定分析上限法的变形机构在用于饱和黏土基坑时,往往不符合基坑的真实变形。根据软土地区基坑开挖引起的地表沉降曲线,构造了饱和黏土基坑抗隆起稳定性上限分析的变形机构和运动许可速度场,变形机构内部的土体作为连续变形体,且在边界处没有明显的破坏面。提出了一种新的基于上限法的基坑抗隆起稳定性分析方法,该方法采用的变形机构更符合实际的基坑变形,而且可以考虑支护结构入土深度对基坑隆起变形的影响。结合算例与工程实例,并与基于Terzaghi机构和Prandtl机构的上限法、多块体上限法进行对比,验证了本方法的合理性与适用性。     

基坑的尺寸效应及考虑开挖宽度的抗隆起稳定安全系数计算方法

相比于宽基坑,狭窄基坑具有更好的稳定性和更小的变形,表现出明显的尺寸效应,相同挖深时窄基坑围护结构的入土深度可适当减小。目前设计采用的基坑稳定性分析方法基本上都没有考虑开挖宽度对安全系数的影响,导致狭窄基坑设计偏于保守。为保证窄基坑滑裂面也能够形成,通过移动滑动圆弧圆心方法,使滑裂圆弧通过围护墙底和基坑底与对侧围护墙的交点,以该滑裂面计算的抗隆起稳定安全系数 值可以考虑基坑宽度的影响。基于该理念,根据宽窄不同,把基坑分为不同种类,分别对应不同的Ks值计算方法。该方法可以在基坑足够宽时过渡到现有规范方法,保证与既有规范的统一,在狭窄基坑时, 。计算分析表明,在基坑设计时忽视尺寸效应,片面强调插入比是不科学的。由于仍然采用传统的抗隆起稳定安全系数的滑裂面形式,计算方法没有过大变化,适合在基坑设计和施工中推广应用,文中方法为狭窄基坑减小围护插入深度提供了理论依据。     

深厚软土地区基坑墙底抗隆起稳定性Prandlt计算式的讨论

深厚软土地区采用Prandlt公式计算基坑抗隆起稳定性常常不满足规范要求,给基坑支护设计带来较大困惑。本文在分析基坑开挖与Prandlt公式计算地基极限承载力的力学边界条件差异的基础上,指出采用Prandlt计算式、临界宽度法和计入基坑内侧土体抗剪强度等改进计算方法的不足,提出同时考虑基坑支护体内外两侧土体抗剪作用的改进计算公式。通过对4个计算公式各参数的敏感度分析,发现内摩擦角是影响基坑墙底抗隆起稳定性的首要因素,基坑挖深和支护体插入深度是主要影响因素,土体黏聚力是次要影响因素,土体重度的影响可以忽略。软土内摩擦角较小,在基坑挖深一定的条件下,只有通过加大支护体插入深度才能保证基坑墙底抗隆起稳定性,因此,考虑基坑支护体内外两侧土体抗剪强度的有利作用可合理优化基坑支护设计。本文通过工程实例研究,验证了计入基坑支护体内外两侧土体抗剪强度作用的合理性;同时,根据浙江软土地区多项工程墙底抗隆起稳定安全系数计算结果的统计分析,指出目前规范取值标准偏高,在软土地区不尽合理,建议在积累工程经验的基础上,适当降低规范计算方法的标准限值。     

基于空心圆柱仪试验的各向异性软黏土基坑抗隆起稳定分析

已有研究表明,天然黏土的强度表现出明显的各向异性,但其规律未能经过严格的试验验证。基于空心圆柱仪（HCA）的杭州原状软黏土试验结果,对 法进行修正,提出大主应力方向为任意方向剪切时土体的强度公式。假定基坑开挖引起的土体滑动破坏模式为Prandtl模式,利用上述强度公式,得到基坑抗隆起稳定的塑性上限解。结合算例,讨论了土体强度各向异性比、挡墙入土深度比、墙底下卧硬土层深度、挡墙粗糙度等因素对基坑坑底抗隆起稳定的影响。采用该方法分析杭州某失稳基坑实例,通过与已有方法的结果对比,验证了所提方法的合理性。研究表明,不考虑土体强度各向异性和基于 各向异性公式的抗隆起分析都将高估杭州软黏土基坑的抗隆起稳定性。     

支护开挖基底抗隆起的概率分析

基底隆起导致墙后土体位移是基坑失稳的模式之一。本文在分析了引起基底隆起的因素之后，对土性参数的变异特性和分布特征进行了研究。结合上海地区的工程实践，采用极限状态设计方法，对引起基底隆起的因素进行了评价。     

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。     

各向异性软土基坑抗隆起稳定极限平衡分析

土体的各向异性与沉积环境和应力历史密切相关。以能够考虑土体特性的各向异性不排水抗剪强度公式为基础,利用圆弧滑动方法,并考虑破坏面上强度的折减（ ）,推导各向异性软土基坑抗隆起稳定极限平衡解。对软土基坑抗隆起稳定进行研究,系统分析了开挖深度H、围护结构插入深度D、最下道支撑与坑底相对距离He/H等几何因素及土体有效内摩擦角 、各向异性强度比k及强度沿深度非均质变化的斜率 等强度参数的影响。最后结合工程实例,验证了公式的适用性,为软土基坑工程抗隆起分析提供了新的思路。     

季节冻土区扩底单桩受力性能研究进展与展望

在深季节冻土区, 正冻土和桩相互作用时可能会导致桩基的拔断或整体冻拔破坏。在桩周土冻胀过程中, 等截面直桩主要通过桩和未冻区融土间的摩阻力达到锚固效果。而对于端部直径大于桩身直径的扩底桩来说, 当桩基有整体上拔的趋势时, 扩大头会受到上覆土层的阻力而起到锚固/抗冻拔作用。通过回顾国内外研究文献, 介绍了扩底抗拔桩现有的工程背景及应用情况, 并对季节冻土区桩基的受力性能进行了总结和分析, 主要内容包括： 土体冻胀和桩基的相互作用研究, 切向冻胀力试验研究和理论研究, 切向冻胀力作用下扩底桩基冻胀反力试验研究及理论研究, 切向冻胀力作用下未冻区桩-融土间摩阻力的研究概况等。最后, 结合现有的研究内容, 对季节冻土区扩底桩的应用及研究提出进一步的展望。     

考虑临近建筑物超载作用下的基坑变形及稳定性分析

以某深基坑工程为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立了考虑临近建筑物荷载影响的二维数值模型,模拟开挖实际工况。对土体开挖引起的土体塑形应变及基坑的稳定性进行分析计算,对建筑物位置及基础埋深对基坑稳定性的影响进行探讨。计算结果可为工程设计与施工提供理论依据,也可为类似工程提供参考。     

桩基存在对基坑坑底变形性状的作用分析

基坑开挖时的卸荷,使土体应力场发生变化,引起坑底土体向上隆起。根据土体变形与模量的关系,探讨桩基的存在对土体模量以及基坑坑底隆起的影响。通过有限元ANSYS计算模拟了基坑开挖的过程,得出了有桩基和无桩基时基坑坑底隆起的趋势,讨论了桩距、桩长、桩荷的影响。计算结果与室内模拟试验得出的结果相同,与现场实测结果基本相符。     

重力式基坑支护系统的可靠性分析

本文分析了重力式基坑支护系统可能包含的多重破坏模式后,在考虑土性参数不确定性的情况下,运用系统可靠度理论对基坑支护系统的失效概率进行分析和计算。结果表明该方法能对基坑系统的稳定性作出较全面的评价。     

部分排水条件下加筋路堤性状分析

使用椭圆帽土质模型分析了部分排水条件下软土地基土工合成物加筋路堤的性状,按照Biot理论模拟了固结行为。在路堤施工期地基土的部分固结和不同初始排水条件下,主要分析加筋体的刚度影响和地基土的强度轮廓面,以及在正常工作情况下和在路堤失效情况下土工合成加筋材料的应变特点。分析了加筋体对于地基土变形的影响。结果显示,加筋体可以提高路堤的破裂高度,可以明显地减小路堤施工期最大侧向变形、竖向变形和地基土隆起,可明显提高施工期路堤的安全系数。