特殊类型基坑变形性状二维有限元分析

不同开挖宽度与深度比条件下基坑围护结构与周围土体的变形特性将发生变化。采用二维有限元方法分析了不同开挖宽度与深度比（L/D）条件下无支撑悬臂开挖基坑的变形性状,详细探讨了开挖宽度与深度比对地表沉降、地表水平位移、坑底隆起、坑底水平位移及围护结构侧向变形的影响。计算结果表明：在基坑开挖深度不变的条件下,地表沉降量、坑底隆起量及坑底水平位移量均随L/D的增加呈非线性增长,开始增长迅速,当L/D达一定值后,数值几乎不再变化;地表水平位移量随L/D的增加先减小后增大;围护结构侧向变形随L/D的增加逐步由顶端内倾型过渡到整体向坑内移动的顶端外倾型。L/D越大,围护结构的整体侧向位移越大。     

复合土钉墙的角部空间效应及变形性状分析

复合土钉墙的阴角及阳角处具有较明显的空间效应,而一般分析中往往将基坑中部剖面的分析结果应用于复合土钉墙的阴角及阳角部位,偏于保守或不安全,对复合土钉墙进行三维有限元分析,分别研究了阴角和阳角处的变形特性,结果表明,复合土钉墙的最大的水平位移发生在邻近阳角处的阳角面上,该处为复合土钉墙最危险处,同时复合土钉墙的阴角处水平位移显著小于阳角处水平位移,安全性较高。     

软土基坑开挖引起的坑外地表沉降预测数值分析

通过对基坑开挖过程的有限元数值模拟可知,当围护结构发生正向、反向转动及挠曲等3种基本变形模式时,坑外地表沉降分布具有较为明显的规律,均可采用统一格式的指数曲线进行模拟,即可得到坑外地表沉降曲线的经验公式。利用正向、反向转动及挠曲等3种基本变形模式对围护结构的任意变形模式进行拟合,求得3种基本模式的最大位移值,然后根据3种基本模式所对应的坑外地表沉降经验公式,求得每一基本模式所对应的坑外地表沉降分量,并进行叠加,从而求得坑外地表沉降分布曲线。     

考虑土体硬化的基坑开挖性状及隆起稳定性分析

基坑开挖过程中,土体应力路径、卸载回弹再压缩特性与简单加载或卸载不同,采用常规的理想弹塑性模型模拟基坑开挖,得到的围护墙位移、坑内土体回弹以及坑外沉降较大。分析了基坑开挖不同区域土体的性状,采用土体硬化模型模拟基坑开挖的卸载与土体硬化行为,结合工程算例,对比土体硬化模型和理想弹塑性模拟以及实测的围护结构土压力、围护墙水平位移和坑外土体沉降,并利用强度折减法分析基坑的稳定性。计算结果表明,考虑土体硬化的HS模型有限元方法能体现土体卸载再加载与开挖的特性,所得土压力、围护结构水平位移以及基坑抗隆起稳定性符合软土地区基坑工程的实践。     

土钉墙变形规律及其相关性的实测研究

根据基坑坡顶水平位移与沉降的实测数据,讨论了土钉墙坡顶水平位移和沉降以及水平位移与沉降之比的规律,并利用统计方法对其相关性进行了分析,根据实际施工工况与实测数据对比,指出影响土钉墙变形的关键因素及控制土钉墙变形的有效措施。实测数据分析结果表明：基坑坡顶变形的空间效应明显;采用放坡或坡顶卸载可以有效地控制土钉墙的变形;在基坑上部设置预应力锚杆对基坑变形控制具有明显的效果;基坑坡顶的沉降随其水平位移呈非线性增加,沉降与水平位移比与其水平位移基本呈线性增加;土钉基坑发生破坏时的坡顶水平位移的警戒值为0.8 %～1.0 %H。     

基于HS-Small模型的基坑近接桥桩开挖变形影响区研究

针对苏南某地铁高架线路邻近的基坑工程,根据国内外取值经验及土工试验结果,初步拟定各典型土层的HS-Small本构模型参数,基于基坑的地表沉降和围护结构水平变形的实测数据,采用有限元方法对开挖过程进行位移反分析,以此对HS-Small模型参数进一步优化和校准。在该基础上建立了基坑近接地铁桥梁桩基开挖有限元模型,对桥桩变形的影响区进行研究。结果表明,(1)当桥桩与基坑间距小于0.6倍基坑深度时,桩基沉降并未随间距增加产生明显减小趋势。当桥桩与基坑间距大于0.6倍基坑深度时,桩基沉降随间距增加而迅速收敛,桥桩水平位移也呈现处相似的分段变化规律,其临界点位于1.0倍坑深处;(2)近接开挖施工对桩基水平位移相较于竖向沉降更易超限,桥桩与基坑间距大于1.37倍基坑深度时,桩基变形不超过规范限值。桥桩与基坑间距大于1.90倍基坑深度时,桩基变形不超过警戒值(极限值的60%);(3)将桥桩变形的影响范围划分为A、B、C三级分区,并提出了相应的工程防护措施。     

基坑变形监测现场试验研究

结合浙江省桐乡市中虹天地商住楼基坑变形监测项目,研究了基坑沉桩挤土作用,分析了边长40cm方桩沉桩时,120倍桩径处地表仍有微弱隆起变形,以及基坑周边民住房的不均匀沉降变化特征。基坑开挖过程中,围护结构的受力状态发生改变,导致围护结构产生上浮现象。基坑土体水平位移随开挖深度增加逐渐变大,且在土体蠕变作用下,水平位移量仍会有所增加。大气降水导致基坑内外地下水位差变大,增加围护结构的侧压力。支撑轴力受混凝土凝固收缩、温差以及钢筋、混凝土之间的差异徐变影响,支撑轴力计算时需进行修正。     

内支撑结构基坑的空间效应及影响因素分析

具有内支撑结构的围护系统在基坑边角处具有更大的系统刚度,使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移,即基坑的变形问题表现出空间特性。为了更好地研究L/He（L为沿基坑纵向方向上的距离;He为开挖深度）、开挖深度等因素对空间效应的影响,量测了两个狭长形地铁车站深基坑不同位置处土体的侧向位移、土体沉降等。通过对现场监测资料的分析发现,边角效应能够减小侧向位移的平面应变比,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构和地下连续墙在边角附近处的平面应变比(PSR)分别为0.50、0.61和0.72。当平面应变比(PSR)接近于1.00时,对应的L/He值分别为2.50、6.00和4.00。随着L/He值的增大,土体的纵向最大沉降呈先增大后保持稳定的趋势。随开挖深度的增加,边角效应的影响范围呈增大的趋势。在基坑纵向沉降的空间效应中,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构的土体最大沉降值达到稳定时对应的L/He值分别为2.50和5.20。土体沉降和侧向位移的空间效应有一定的相关性。     

近铁路基坑通风井段变形特征及其机制分析

针对长春某地下车站深基坑工程,深入研究了基坑开挖过程中近铁路侧通风井段险情的发生过程及其致险机制。通过分析通风井附近桩身水平位移、桩顶水平位移、支撑轴力以及铁路道轨两侧路肩沉降差,探讨了通风井段基坑变形过大的原因;采用ABAQUS有限元软件对该基坑的施工过程进行数值模拟,分析了通风井段基坑施工险情的发生机制。研究结果表明,通风井段基坑变形过大是由岩土体过度应力释放和基坑变形空间效应共同作用导致。由于通风井处阳角的存在,且施工过程中通风井段基坑未架设斜撑,致使该处基坑变形的空间效应显著,坑壁产生指向通风井的扭转变形;开挖速度过快、支撑安装不及时和岩土体中过度应力释放导致围护桩变形过大,使基坑的稳定性变差。     

基坑围护结构最大侧移深度对周边环境的影响

围护结构最大侧移所在深度是衡量基坑变形的重要指标之一,而目前鲜有关于其对周边环境变形影响的研究。基于工程实测数据分析和有限元数值模拟,系统地研究了基坑围护结构最大侧移深度对邻近桩基础建筑物不均匀沉降和坑外深层土体位移场的影响。经研究发现：围护结构最大侧移的下移会导致坑外土体位移场扩大,进而降低相应区域的桩基础承载力,导致邻近桩基础建筑物发生显著的不均匀沉降。不同深度的土体经历复杂的竖向位移,且位移形态与围护结构最大侧移深度密切相关。随围护结构最大侧移深度的逐渐下移,坑外土体位移场向深层土体发展,且主要影响范围相应地扩大。在实际工程中,根据基坑周边环境合理地控制围护结构最大侧移所在深度,可有效降低基坑开挖对周边环境的不利影响。     

近间距双线大直径泥水盾构施工相互影响研究

对上海复兴东路越江公路隧道--近间距双线盾构隧道同向施工时相互影响的现场监测进行了研究。首先简要介绍了工程背景及其概况,然后介绍了为研究近间距盾构隧道相互影响而布设的监测项目,包括深层土体水平位移、地表沉降以及深层土体沉降、北线隧道三维位移、圆周变形、接缝宽度、北线隧道所受水土压力、北线隧道衬砌内力和土体中的超孔隙水压力。对监测数据进行了详细研究,得到了后建隧道推进时对地面沉降、深层土体位移变化、超孔隙水压力产生和消散、先建隧道衬砌位移、变形、内力的影响规律。从现场监测的分析结果来看,后进隧道对周围土体和先建隧道的影响是十分明显的。研究结果可以为大直径近间距双线推进的越江盾构隧道的设计和施工提供更加科学的指导。     

Study on Deformation Characteristics of Deep Foundation Excavation in Soft-Soil and the Response of Different Retaining Configurations

In recent years, many researchers have considered the mechanical characteristics of deep foundation excavation in soft-soil. The analysis of these deep excavations requires consideration of an uncertain, nonlinear, dynamic and complicated system, and involves consideration of soil strength, stability, deformation, fluid flow and interaction of soil and different retaining configurations. It is difficult to describe such a nonlinear system using traditional analysis. Therefore, in order to accurately describe the mechanical behavior of a representative deep excavation of the subway station, in this case, 3-Dimensional geotechnical numerical analysis method using FLAC3D software was applied. Using this tool, a study considering earth pressure, soil deformation and settlement was carried out. Furthermore, the response of different retaining configurations was deeply investigated. Triaxial cement mixing piles were considered as a way to optimize deformation of the deep excavation and reduce settlement of the ground surface and the railway embankment. The analysis indicated that the deeper the foundation excavation was, the larger the surface settlement and the smaller the earth pressure. The analysis also considered the mechanical effect of varying the wall thickness and the wall depth on the structure‘s deformation characteristics. The simulations indicated that a wall thickness of less than 1.4 m effectively reduced wall horizontal displacement, ground surface settlement and uneven settlement of railway embankment. While a variable wall embedded depth that was less than 52 m also changed the settlement of the excavation deformation and the ground surface. Therefore, the numerical results can agree with the practical project to imply that numerical method in the paper is applicable and reliable, which provides a new thought to research on deep excavation in soft-soil.     

盾构隧道局部长期渗水对隧道变形及地表沉降的影响分析

研究表明,盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状,首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法;在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下,对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明,盾构隧道渗水接头的位置不同,孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道的变形均有明显差异;接头位置越靠近隧道底部,渗水导致的孔压减小越显著,造成的地表及隧道沉降越显著。接头渗水不但会使隧道发生横向椭圆化变形,还会引起隧道左右两侧受力不平衡,从而造成隧道水平侧移。通过对比表明,采用接头渗水和传统的衬砌均质渗水得到的孔压分布、沉降及隧道变形规律均有显著不同;不考虑隧道局部渗水特点会对隧道结构长期性态的认识产生偏差。     

粉喷桩-土工格栅复合地基应力现场测试研究

粉喷桩-土工格栅复合地基使地基水平向和竖直向对抵抗变形的能力得到了增强。针对粉喷桩联合土工格栅加固地基性状进行了现场研究,包括地基的沉降、地土压力、孔隙水压力。根据试验结果,分析了格栅上下土压力的变化、桩土应力比变化、沉降与土压力的关系以及埋于不同深度孔隙水压力变化情况,得到桩-网复合地基受力机理和地基沉降的规律：（1）超孔隙水压力消散慢,但孔隙水压力与上部填土相比变化不大;（2）桩土应力较大,具有均化土压力的作用,同时基于各个断面土压力分布特点,提出了“拱效应”的观点;（3）地基的变形主要是以下卧软土层压缩和桩刺入变形和桩本身的变形,研究结果为进一步的理论研究和工程设计提供了有益的依据。     

塑料排水板堆载预压处理深厚软基的试验研究

以广珠准高速铁路软土路堤试验塑料排水板堆载预压法处理深厚软基的测试结果为基础 ,对用该方法处理深厚软基的沉降、孔隙水压力、土压力、土工格栅受力及深层水平位移等方面的变化规律进行了分析     

饱和软土层地铁列车运行引起的环境振动研究

我国沿海地区大量的地铁隧道都修建在饱和软土地层,饱和软土地层中地铁列车运行引起的环境振动逐渐成为社会关注的问题。以上海2号线某地铁区间隧道为研究对象,采用循环运动模型本构模型和水土耦合动力分析方法,分析了饱和软土中地铁列车运行引起的地表振动加速度以及振动位移响应规律,采用加速度振级对地表的振动强度进行了评价,分析了单次列车通过时引起的隧道下卧土层超孔隙水压力（EPWP）响应规律。计算结果表明,饱和土的振动响应比干土要小得多,地表水平向与竖向的振动规律明显的不同,超孔隙水压力沿隧道下方沿向是不断减少的,在距离隧道中心的纵断面上是先增加后减少。分析饱和土中地铁运行引起的环境响应规律,可为地铁沿线建筑物减隔振设计及沉降控制提供一定依据。     

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。     

海相淤泥软土地基强夯置换砂桩试验分析

针对某海相淤泥软土的处理工程,选取了一强夯砂桩置换试验区,监测了强夯置换过程中夯坑及其周围土体的变形,超孔隙水压力的增长和消散情况以及深层土体水平位移。分析结果表明,单个置换砂桩夯击8次较为合理;强夯置换后静置一段时间,可以有效减小强夯过程中的超静孔隙水压力,且一遍强夯后静置7 d后超孔隙水压力基本消散完;深层土体的水平位移主要发生在地表以下3～6.5 m深度范围内。     

挡墙水平变位诱发地表沉降的显式解析解

将基坑看作平面应变边值问题,借助挡墙刚性平移诱发地表沉降的基本解析解,利用微积分思想,推导得到挡墙刚性变位和柔性变位下的地表沉降显式解析解。其中,在挡墙刚性平移影响范围无穷大时,显示解析解与基本解析解形式一致。通过与挡墙刚性平移解析解和绕墙趾转动、绕墙顶转动、三角形变位、抛物线柔性变位模式等几种已有的积分形式解析解作对比,验证了显式解析解的正确性。将显式解析解应用于实际工程,通过与实测数据对比分析,对解析解的适用范围进行了探讨。当围护结构水平位移较小时,显式解析解可较好地预测墙后地表沉降;当围护结构水平位移较大时,由显式解析解计算得到的墙后地表沉降归一化曲线可偏安全地估计墙后地表沉降,说明了该显式解析解的工程实用性。