考虑初始不均匀沉降的建筑物受基坑开挖影响的有限元分析

在考虑土体的小应变现象及建筑物初始变形的基础上,研究了邻近建筑物与基坑相对距离的变化及自身刚度变化对建筑物不均匀沉降的影响。对于纵墙垂直于基坑边,且跨越坑外沉降槽最低点时,墙体产生的下凹挠曲变形与建筑物的初始变形趋势相同,初始变形将在一定程度上增大墙体的拉应变,尤其是对于刚度较小的建筑物,初始变形对墙体拉应变的影响将更为显著,此时考虑建筑物的初始变形是很有必要的;而当纵墙垂直于基坑边,且处于坑外土体上凸区域时,初始挠曲与基坑开挖产生的挠曲变形趋势相反,此时不考虑建筑物的初始变形则是偏于保守的。当建筑物部分处于下凹区、部分处于上凸区时,对于建筑物的下凹区部分也应考虑其初始变形的影响。     

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。     

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。     

临近既有地铁车站的基坑变形性状研究

通过36组二维有限元数值模拟,研究了不同参数（基坑与地铁车站距离D,基坑开挖深度 ）组合下临近既有地铁车站的基坑变形性状,并与邻近无车站时的基坑变形性状进行对比分析。研究结果表明：（1）当邻近存在地铁车站时,靠近车站一侧的地下连续墙最大侧移量减小,另一侧的地下连续墙最大侧移量增加;（2）当基坑开挖深度接近或超过地铁车站底板埋深时,车站对远离车站侧的基坑墙后地表沉降的影响显著,但不明显改变地表沉降影响范围和最大沉降值位置;（3）D较小时,随着 的增大,地铁车站的“遮拦效应”越来越显著。而当D逐渐增大时, 对地铁车站“遮拦效应”的影响逐渐减弱。（4）地铁车站的存在与否对基坑远离车站侧最大地表沉降和最大地下连续墙侧移的比值（δevm / δehm）几乎没有影响,并且,该值受D与 的影响较小。     

“两墙合一”双环形支撑体系基坑变形特性分析

南宁市某基坑采用“两墙合一”双环形支撑体系，为研究基坑开挖工况下地下连续墙及坑外浅基础建筑物的变形特性，基于现场监测资料，对基坑开挖引起的临近建筑物沉降、地连墙顶水平位移、竖向位移以及地连墙墙体侧向位移进行了系统分析。分析结果表明：周边建筑物沉降受其高度、基础形式、埋深、距基坑距离以及与基坑相对位置等因素的影响程度较大；地连墙竖向变形受基坑开挖暴露时间以及临近建筑物的影响较大，其最大竖向位移VWY变化区间为(-0.088%～0.083%) H_e(H_e为开挖深度)；近建筑物段地连墙侧移呈现为“内凸悬臂复合式”变形形态；“坑角效应”导致位于坑角处的地连墙呈现出“阶梯内凸式”变形形态；地连墙的最大侧移变化区间为(0.02%～0.21%)H_e，平均值为0.085%H_e。     

软土地区坑中坑对基坑围护体水平位移影响分析

通过对软土地区某基坑工程实践进行有限元数值模拟,分析了排桩、重力坝两种基坑围护形式下大型坑中坑里面内、外坑之间距离对两坑围护体水平变形的影响。计算数据表明,内外坑距离越大,外坑围护体水平位移越小,当距离大于2~3倍内坑深度后,围护体水平变形可以不用考虑坑中坑的影响。内外坑距离越大,内坑围护体水平位移越小;内坑围护体水平变形受外坑围护体刚度影响,外坑围护体刚度越大,内坑围护体变形越小。     

具有相邻建筑结构的基坑开挖影响性分析

为研究基坑开挖对邻近既有建筑物变形的影响范围,采用GTS-NX有限元软件,针对土质基坑以及土、岩二元结构基坑,分别改变开挖基坑与既有邻近建筑的水平距离、基坑开挖与邻近既有建筑物基础的相对埋深,从而得到不同工况下基坑邻近建筑结构的变形情况。研究结果表明:土质、土、岩二元结构基坑在开挖过程中,随着基坑侧壁与既有建筑结构水平距离的增大,建筑结构的变形沉降量逐渐减小,沉降形式由最初明显的差异沉降逐渐转变成近乎均匀沉降;建筑结构的沉降量随着基坑开挖深度的增大而增加;同一开挖条件下,土质基坑的开挖对既有邻近建筑结构造成的影响显著大于土、岩二元结构基坑。     

邻近建筑物对某基坑变形影响的分析

针对上海某地铁车站基坑工程施工中存在的安全隐患,结合地质水文资料,对基坑围护墙体及邻近建筑物的监测数据进行了分析,结果表明邻近建筑物对基坑变形有显著的影响,邻近建筑物的超载作用以及所在土层的性质是引起这次基坑异常变形的原因,对其他类似工程具有一定的参考价值。     

基于三维数值模拟的深基坑隔断墙优化设计

作为一种保护邻近建筑物的措施,隔断墙已经开始在深基坑工程中应用,但目前对其有关参数的设计还缺乏理论指导。以某软土地区深大基坑实例为背景,利用有限元分析软件ABAQUS,建立三维有限元分析模型,土体采用修正剑桥模型,模拟开挖实际工况,深入分析了隔断墙各设计参数对保护基坑邻近建筑物效果的影响,邻近建筑物沉降计算值和实测值验证了隔断墙参数优化分析结果的合理性。研究结果表明：地表位移、建筑物的横向角变量和围护墙最大位移随着隔断墙深度的增加而逐渐减小,但建筑物横向角变量的减小幅度趋缓,隔断墙存在一合理深度;随着隔断墙的位置逐渐从基坑侧壁向邻近建筑物移动,隔断墙外侧地表横向和纵向沉降以及纵向不均匀沉降均减小,建筑物的横向角变量也明显减小。理论上,隔断墙越靠近邻近建筑物,保护建筑物的效果越好;隔断墙的平面设置范围对于邻近建筑的保护效果也有着明显的影响,一般情况下可以取邻近建筑物的范围作为隔墙的合理设置范围;隔断墙刚度对地表位移和建筑物角变量影响不大,实际工程中宜取中等刚度的隔断墙。     

考虑渗流与变形耦合作用的基坑工程空间效应

基于三维比奥固结理论,编制了考虑地下水渗流与土骨架变形耦合效应的有限元程序,分析了基坑变形以及坑内外超静孔压和土水势的空间分布规律,并与二维分析的结果进行了对比。研究表明,由于空间效应的影响,基坑中部截面处的围护结构水平位移和坑后地表沉降较基坑边缘截面处的围护结构水平位移和坑后地表沉降大,而基坑中部截面处的超静孔压和土水势却较小;与三维有限元分析的结果相比,二维分析时围护结构的水平位移和坑后地表沉降都更大。     

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。     

盾构隧道平行侧穿诱发的建筑纵向沉降实测与模拟分析

当盾构隧道平行侧穿建筑物时,大多关注建筑物的横向沉降规律,对其纵向沉降关注较少。为此,针对盾构隧道平行侧穿建筑物引发的空间变形开展研究。首先,对天津地铁6号线平行侧穿四座结构形式相近的砖混建筑的实测数据进行分析,得到建筑物基本变形模式;基于工程实测并考虑土体的小应变硬化特性建立三维有限元数值分析模型,研究了盾构侧穿引发的建筑物纵向挠曲、土体变形与应力变化规律,并分析了不同建筑平面长宽比的影响。结果表明,盾构隧道平行侧穿将诱发平面长宽比较大的建筑出现"下凹式"挠曲变形,纵墙中部沉降最大可为其角点沉降的2倍,平行侧穿并不能简化为平面应变问题进行分析。建筑物修建和盾构开挖将导致隧道上方土体经历较为复杂的应力变化过程,并可划分为6个阶段。沿建筑纵向基础中部的土体与边缘土体相比,其首先经历更大的压缩变形(建筑施工导致),在盾构穿越后又产生了更大的卸荷变形。当建筑平面长宽比小于2时,盾构开挖导致的纵向挠曲变形将显著减小。     

杭州庆春路过江隧道江南工作井监测分析

为了避免基坑工程设计和施工中因没有处理好承压水影响而产生的基坑工程事故,以杭州庆春路过江隧道江南工作井为例,对墙体水平位移、地表沉降、地下水位及混凝土支撑轴力进行监测分析,并提出高承压水控制和防治对策。基坑开挖过程监测数据表明：墙体水平位移与基坑平面尺寸密切相关,可通过加强中部支撑刚度,将大尺寸基坑“分隔”成数个较小的基坑,以控制墙体水平位移;地表沉降最大点发生在距离围护结构0.5倍开挖深度处;止水帷幕结合减压降水的措施,可较好地处理承压水问题,基坑下层开挖施工期间,必须保证抽水井持续降水,非正常断电会影响基坑施工安全;第1道支撑的轴力逐渐变小,甚至有可能出现拉力     

邻近建筑物的暗挖隧道施工数值模拟

软土中采用暗挖法开挖隧道往往会引起土体变形,由于城市中暗挖隧道多建在建筑物高度集中的地区,土体变形对邻近既有建筑物的损伤不容忽视。采用二维有限元方法对邻近中、低层建筑物(采用整体基础)工况下的暗挖隧道施工进行了模拟和分析,建筑物长15 m。研究结果表明：建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降和衬砌的受力与变形,同时隧道开挖也会使邻近建筑物产生附加应力和变形。当隧道轴线与建筑物轴线的水平距离 0 m时,建筑物相对安全;当 时,建筑物会产生朝向隧道一侧的倾斜。当 为2.5～20 m时,产生较大的地面沉降,建筑物的首尾沉降差较大,建筑物较危险;当 为30～40 m时,建筑物的存在对隧道施工的影响较小;当 40 m时,建筑物的存在对隧道施工的影响可以忽略不计。由于基础的存在,建筑物的最大弯矩、轴力和剪力的变化量较小,增大量在10 %以内。     

Modelling of earth and water pressure development during diaphragm wall construction in soft clay

The influence of a diaphragm wall construction on the stress field in a soft clayey soil is investigated by the use of a three‐dimensional FE‐model of seven adjacent wall panels. The installation procedure comprises the excavation and the subsequent pouring of each panel taking into account the increasing stiffness of the placed fresh concrete. The soft clay deposit is described by a visco‐hypoplastic constitutive model considering the rheological properties and the small‐strain stiffness of the soil. The construction process considerably affects the effective earth and pore water pressures adjacent to the wall. Due to concreting, a high excess pore water pressure arises, which dissipates during the following construction steps. The earth pressure finally shows an oscillating, distinct three‐dimensional distribution along the retaining wall which depends on the installation sequence of the panels and the difference between the fresh concrete pressure and the total horizontal earth pressure at rest. In comparison to FE‐calculations adopting the earth pressure at rest as initial condition, greater wall deflections and surface ground settlements during the subsequent pit excavation can be expected, as the average stress level especially in the upper half of the wall is increased by the construction procedure of the retaining structure. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

邻近建筑物盾构施工地面沉降数值分析

在建筑物密集的城区,盾构施工使周围一定范围内的既有建筑物受到影响。在考虑建筑物基础形式的不同的情况下,采用二维有限元方法对邻近不同位置建筑物工况下的盾构隧道施工进行了模拟和分析。研究表明,建筑物轴线到隧道轴线的水平距离和建筑物基础形式是影响邻近建筑物工况下隧道开挖引起地面沉降的重要因素,建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降,建筑物对隧道开挖引起的地面沉降的影响存在一个影响范围,超过该范围时建筑物的影响可忽略不计     

A simple prediction model for wall deflection caused by braced excavation in clays

Deep excavations particularly in deep deposits of soft clay can cause excessive ground movements and result in damage to adjacent buildings. Extensive plane strain finite element analyses considering the small strain effect have been carried out to examine the wall deflections for excavations in soft clay deposits supported by retaining walls and bracing. The excavation geometry, soil strength and stiffness properties, and the wall stiffness were varied to study the wall deflection behavior. Based on these results, a simple Polynomial Regression (PR) model was developed for estimating the maximum wall deflection. Wall deflections computed by this method compare favorably with a number of field and published records.     

大变形固结理论最终沉降量分析

大变形理论的力学机制较为严格,但由于其固有的复杂性和非线性,目前对大小变形理论计算的沉降量差别仍存在争议。基于连续介质力学基本原理,采用土力学符号约定推导了T.L.描述的大变形固结增量有限元方程组及其总应力分析形式。结合算例,分析了材料线性化和材料几何双线性化简化算法的影响,探讨了较合适的荷载增量步长,讨论了大、小变形法计算的最终沉降量差别。结果表明,荷载增量步长对两种线性化法计算结果较为敏感;大变形法计算的沉降量偏大于小变形结果,这可能是由几何非线性问题的“拉压刚度不同”效应引起;初应力矩阵对最终沉降量有较大影响等。     

地铁深基坑施工扰动下邻近管线安全评价及保护措施

为研究深基坑施工对邻近管线影响程度,判断其安全度,并提出保护措施,以厦门地铁1号线某车站深基坑为依托,考虑土体小应变、地层不均匀分布及土-管线刚度差异等特性,建立三维有限元模型,并以管线沉降的实测值与计算值进行对比,验证计算方法的合理性,在此基础上,分别研究不同材质、直径的管线在基坑开挖过程的变形及内力,对不安全的管线提出不同保护方案,通过数值模拟选择最优保护方案。研究表明:管线的变形和轴力变化受基坑施工三维时空效应的影响显著,最大变形部位与地形最大变形区域一致;以管线允许转角、最大拉力的安全控制标准值为依据,判断DN1000的混凝土给水管处于不安全状态,最后采用的保护方案为:全长管线四周进行2 m×2 m的注浆加固,同时在主要沉降段的管线两侧打入各两排预制管桩。