深基坑支护结构的实用计算方法及其应用

对深基坑支护结构的受力和变形计算提出了一套系统的实用计算方法,较好地解决了基坑支护结构设计、计算的关键问题,并在广州地铁和许多重大基坑工程应用中取得了较好的效果。该方法把支护结构简化为一竖放的弹性地基梁,支撑、锚杆及岩土体用弹簧系统来代替,岩土的弹簧刚度可用岩土的变形模量来计算, 针对基坑工程施工和结构的动态特点,提出了一套系统的计算方法,其中包括考虑施工过程的增量计算法、合理确定支护结构入土深度的计算法、支撑加预应力及支撑拆除的计算方法等,并应用提出的增量法,首次较完整地对国际上著名的支护土压力Terzaghi-Peck表观土压力给出了理论解释,对岩土的变形模量提出采用承载力反算的经验方法,为岩土参数的确定提供了更简便的方法。这一系列的研究成果为深基坑支护结构的设计提供了一套新颖的实用计算方法,较好地解决了基坑支护结构中的一系列设计计算难题,已在工程实践中成功应用。     

相邻基坑土条土压力计算方法探讨

基坑工程实践中,经常遇到相邻基坑土条土压力如何计算的问题,现行基坑规范尚没有计算方法。通过理论探索和工程实践,对前、后期的基坑支护型式进行了归类和组合,提出了相临基坑宽度的确定原则;提出了建立在库仑土压力理论基础之上的简化计算方法--叠加法,推导并给出了非黏性土和黏性土在不同坡率和地面分布有荷载条件下主动土压力系数和土压力的计算公式,并提出了临界宽度的概念和土条土压力折减系数的计算公式。利用所提出的叠加法、临界宽度的概念和土条土压力折减系数的计算公式,可以简捷地计算不同土层、不同坡率和地面荷载条件下的土条土压力合力及土压力强度。工程实践表明,该方法概念清晰、理论依据充分、计算公式简便,以此设计的基坑支护结构安全合理,可供类似基坑支护工程设计参考。     

基质吸力对基坑支护结构土压力的影响研究

在进行基坑支护设计时,现行规范采用朗肯土压力理论计算基坑支护结构土压力。这种设计计算方法是基于饱和土力学理论的,误差较大。依据非饱和土力学理论,对基坑非饱和土体主动土压力及被动土压力计算公式进行了推导。在此基础上,以实际工程为例,就基质吸力及施工季节对基坑支护结构土压力的影响进行了探讨。     

土钉墙基坑支护中疏排桩抗滑效应研究

在软粘土地基基坑支护中,当基坑开挖深度较深时,土钉墙的最危险圆弧滑动面往往入土较深,很难满足工程设计需要,为此可采用疏排桩以满足其整体稳定性要求。从土的塑性理论出发,利用土拱效应原理,分析了作用于疏排桩上的土压力。利用桩土相互作用的原理,研究了疏排桩在土钉墙基坑支护中的抗滑效应,并在深基坑支护中得到实际工程的验证。     

土钉支护中超前锚杆的工作机理研究

超前锚杆作为土钉基坑支护中的主要抗滑措施,在现有的土钉墙基坑支护结构设计中,仅验算其整体稳定性或`作为抗滑安全储备。将Ito and Matsui所提出的作用于排桩上的土压力理论应用于超前锚杆分析,研究了超前锚杆在土钉基坑支护中所起的抗滑作用,提出了带有超前锚杆的土钉墙稳定性分析方法,并得到工程实例的验证。通过研究可以提高土钉墙的设计理论,降低工程造价。     

狭窄基坑平动模式刚性挡墙被动土压力分析

对于地铁车站、地下管道沟槽等狭窄基坑,其被动区土体宽度有限,不满足半无限体的假定,采用经典的库仑、朗肯土压力理论计算挡墙被动土压力是不合适的。首先建立了无黏性土中狭窄基坑刚性挡墙的有限元分析模型,研究了挡墙相对平移时不同宽度土体的被动滑裂面的分布规律;借鉴库仑平面土楔假定,建立了狭窄基坑刚性平动挡墙被动土压力的理论计算模型,推导了被动极限状态下滑裂面倾角及被动土压力系数的解析公式;再采用水平薄层单元法,得到了被动土压力分布、土压力合力作用点高度的理论公式。结合算例,深入研究了这种工程背景下挡墙被动滑裂面倾角的影响因素,以及被动土压力合力、土压力分布及合力作用点位置与经典库仑土压力理论的差别,与数值计算结果的对比验证了该理论方法的合理性。研究发现,当被动区土体宽度小于满足半无限体的临界值、且墙土摩擦角大于0时,被动滑裂面倾角大于传统库仑被动滑裂面倾角,被动土压力大于经典库仑解,合力作用点高度则小于库仑解,且基坑越窄,墙土摩擦角越大,其差别越大。     

基坑土钉合理设计长度优化确定方法探讨

本文针对目前基坑土钉支护设计中土钉设计长度确定方法的不合理性与局限性,从深入研究基坑土钉支护中土钉的受力机理入手,首先建立出基坑土钉设计长度确定的计算模型;其次,在此研究基础上,引入基坑土钉支护稳定性分析的极限平衡方法,通过探讨基坑土钉合理设计长度确定、优化与实施过程,提出了基坑土钉合理设计长度确定的新方法。工程实例分析表明了本文方法的安全性与经济性,具有一定的理论与工程实用价值,完善了基坑土钉支护设计方法和理论。     

土钉支护结构变形与稳定性关系探讨

土钉支护因其施工简单、造价低、工期短和施工技术成熟等优点,在工程中得到广泛应用,但目前其设计计算理论缺乏,且现行规范给出的变形允许值存在不足,如现行土钉规范（规程）仅是简单地规定一个变形允许值,没有结合基坑的特点、支护类型、周边环境等因素来规定,更没有将基坑的变形与基坑稳定联系起来综合确定其监测指标预警值等,因此,导致这种性价比很好的支护技术有减少应用的趋势。利用变模量强度折减法对土钉支护变形和稳定关系进行了探讨性研究,经大量的计算分析,给出了土钉支护的变形与稳定统一判定指标--位高比 ,且计算发现,同一种土质、同一稳定系数K对应的不同高度H的位高比几乎相等。给出了一定强度和一定深度土钉支护位移预警值和最大位移允许值,利用给出的表格,可直接确定其位移预警值和最大位移允许值,便于工程师应用,也为实际土钉支护结构确定变形预警值提供了参考。提出的方法不仅能够确定土钉支护结构变形值,且对类似支护结构确定变形值也提供了一种方法和思路,对推进基坑规范完善和改进具有一定的参考和借鉴作用。     

非对称荷载单层对撑基坑计算方法研究

支护桩（墙）加内支撑作为基坑支护的一种重要型式,已经被基坑支护工程广泛采用。但是,由于基坑所处地质条件、周围环境和土方开挖的复杂性,给基坑支护体系的精准设计计算带来障碍。对非对称荷载作用下的单层内支撑支护设计计算方法进行了探讨。首先,基于极限土压力法分析了单层内支撑与支护桩支点铰接和固结条件下的不动点调整系数的差异性;其次,利用杆系有限单元法分析了基于位移土压力和基于《规程》给出的主动土压力这两种土压力方法计算的桩身位移、弯矩和剪力的差异性。由于非对称荷载作用于基坑支护体系,引起荷载大小侧支护桩桩身位移不同,导致荷载大小侧支护桩受到的土压力也不同,大小侧支护桩桩身内力存在较大差异现象应引起重视。提出的不动点调整系数计算方法和位移土压力计算支护桩受到的土压力计算方法更为合理。     

深基坑双排桩支护结构上的变形和土压力研究

根据某大型深基坑工程的实测资料,对双排桩支护结构上的截面弯矩、变形和土压力分布特征进行了研究,并对基坑开挖的空间效应、冠梁刚度对土压力的影响、支护结构变形与土压力分布的关系、双排桩支护结构与土的相互作用机制等进行分析。研究表明,深基坑双排桩支护结构上的土压力分布是十分复杂的,用传统的土压力计算方法估算双排桩支护结构上的土压力存在较大偏差。其研究结果为双排桩支护结构上土压力设计计算模式的建立提供了依据。     

考虑坑壁位移和土压力方向的直撑力学特性

鉴于基坑支护中常见的直撑设计一般都没有考虑基坑位移和土压力的变化,总结了土压力和基坑位移之间非线性关系的研究现状,分析了随坑壁转动时土压力大小和方向的变化规律。在此基础上,推导了直撑轴力和坑壁位移之间、以及直撑纵向变形与坑壁位移之间的数学关系式。结合工程实例,进一步研究了直撑轴力和变形随基坑初始位移、支撑点、土压力作用点、土体与挡土结构间摩擦角等因素变化时的发展变化规律。研究表明,直撑轴力及其变形随基坑位移、支撑点高度、土体与挡土结构之间摩擦角的增加而减小,随土压力作用点高度的增加而增大,与基坑初始位移值基本无关。     

柔性支护结构主动土压力的变分计算方法研究

从基坑柔性支护结构后的滑动土楔体的整体静力平衡方程出发,推导了考虑作用点位置的主动土压力泛函极值等周模型。在此基础上引入拉格朗日乘子,将主动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。对于一般黏性土,依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得到了对数螺旋线的滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数。结合边界条件和横截条件,主动土压力泛函极值问题进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数优化问题。同时,讨论了滑裂面为平面和圆弧面两种特殊情况。通过算例表明,对于一般土体,在作用点位置系数下限处,主动土压力最小,滑裂面为平面;随着作用点位置的上移,主动土压力呈非线性增长,相应滑裂面为对数螺旋面。对于砂性土,位置系数上限值随内摩擦角的增大而增大,其相应的土压力值也随之增加。对于软黏土,滑裂面为圆弧面,随着作用点位置的上移,主动土压力呈非线性下降,滑裂面背离基坑方向移动。     

坑中坑条件下基坑有限土体的被动土压力计算

坑中坑在基坑工程实践中普遍存在,使得基坑底部土体成为有限土体,因此,常规的建立在半无限空间土体假定上的朗肯土压力理论对于坑中坑条件下的基坑不再适用。基于极限平衡理论和平面滑裂面假定,考虑土体黏聚力和滑动土体不同的形状,推导了4种情况下被动土压力的计算公式,并给出了滑裂面剪切破坏角的数学表达式。通过算例,计算了不同内坑位置条件下被动土压力的大小和变化趋势。结果表明,滑裂面剪切破坏角是与土体内摩擦角、黏聚力、计算深度、内坑大小及位置有关的变量,内坑的存在将降低围护结构上的被动土压力,且存在一个内坑影响最不利位置,此时的被动土压力值最小。成果为基坑围护设计中被动土压力的计算提供了理论基础。     

柔性支护黏性土基坑非极限被动土压力研究

经典的Rankine和Coulomb土压力计算理论均建立在土体达到极限平衡状态的基础上,并不适用于位移需要严格控制的基坑工程。以柔性支护的黏性土基坑边坡为研究对象,考虑边坡土拱效应、非极限状态下柔性支护结构与土体间内摩擦角以及黏聚力发挥值、土体内摩擦角以及黏聚力发挥值的影响,从黏性土应力莫尔圆出发,采用微层分析法建立静力平衡,搜索边坡土体潜在滑动面,推导柔性支护黏性土基坑的非极限被动土压力计算式。通过实例计算对比分析了本文计算理论与经典Rankine计算理论,推导公式计算得到的被动土压力小于Rankine计算值19%,合力作用位置低于Rankine计算值,作用位置距桩底距离较Rankine计算值小1.5%,计算得到的潜在滑动面为一水平倾角随深度逐渐减小的曲面,潜在滑动面范围小于Rankine极限状态滑动面。     

砂土地层中考虑基坑施工效应的柔性挡墙主动土压力研究

以基坑施工过程中柔性挡墙墙后主动土压力为研究对象,假定柔性围护结构最大变形位于开挖面处,墙后滑面为通过墙趾的平面,推导出考虑基坑开挖及支护的墙后滑面倾角一般表达式。采用水平层析法,研究墙体内凸型变形时的主动土压力分布、主动土压力合力及其作用点。研究表明,理论结果与实测结果规律一致,大小相近;随着基坑开挖深度的增加,滑面倾角减小,基坑开挖对周边环境的影响范围增大,土压力合力增大,对合力作用点位置的影响较小;当基坑开挖深度减小时土体内摩擦角和墙土间摩擦角增大时主动土压力非线性分布更加明显,主动土压力合力减小,合力作用点距墙趾的距离增大。     

深井降水对支护结构土压力的影响

在目前深基坑开挖过程中,一般要采用降水措施以保证基坑干燥,便于施工。基坑降水会引起基坑内外地下水渗流,地下水状态随之改变,同时也会引起土的物理、力学性质的改变,直接影响作用于支护结构上土压力的大小。传统的水土合算和水土分算是两种极端的处理方式,在基坑降水过程中,根据具体土层选择适当的降水模型,并考虑渗流的影响,对挡土结构的设计具有重要意义。     

软土基坑土压力计算抗剪强度参数的分析

根据上海某软土工程试验资料,对比分析了不同试验方法抗剪强度指标计算基坑土压力的变化。参考国家标准、行业标准和地方规范,同时结合实际工程经验和地方经验,论证了不同试验方法抗剪强度指标的适用性。建议在基坑支护结构设计中土压力计算应采用固结不排水强度指标,当有可靠工程经验时,也可采用直剪固快强度指标。     

考虑桩桩相互作用的双排支护桩受力变形分析

双排桩支护结构的变形与内力计算是其设计计算的重要内容之一。双排支护桩结构是由前排桩、后排桩及桩顶连系梁组成的空间门架式结构。在承受水平荷载时,后排桩向坑内发生挠曲变形,挤压桩间土体,同时桩间土体又对前排桩产生推力,使得前排桩向坑内发生挠曲变形,挤压前排桩桩前土体,以致该支护结构在传递水平荷载时,前后排桩及桩间土体之间存在非常复杂的相互作用。本文基于上述双排桩支护结构受力变形特性,将前、后排桩均视为竖向放置的弹性地基梁,以欧拉伯努利双层梁理论考虑前后排桩的相互作用,以水平向弹簧模拟桩间土相互作用,以朗肯土压力计算作用于后排桩的主动土压力,以弹性抗力法计算作用于前排桩基坑底面以下的被动土压力,以基坑底面为界人为将前、后排桩分为上下部分,并通过桩身各段的受力平衡建立前后排桩的挠曲变形控制微分方程,然后通过桩端约束及基坑坑底平面处的连续条件得到方程的解析解,给出了一种考虑桩桩相互作用以及桩土相互作用的双排桩支护结构计算方法。最后结合两个实例,将本文方法计算结果与实例结果进行对比分析,验证本文方法的可行性,以期为双排桩支护结构在工程中的设计计算提供借鉴。     

超深基坑土压力监测成果分析

土压力是基坑支护结构上的主要水平荷载形式。实际工程中由于土压力的大小受各种因素的影响而与理论值相差悬殊,在基坑支护设计时土压力的取值直接与支护结构未来的安全稳定性相关。通过对润扬长江公路大桥北锚碇深基坑工程土压力监测资料进行分析,得出坑壁土压力随开挖进行具有不同的分布形式,这对同类工程可靠性设计以及研究土-结构相互作用机制均具有重要意义。     

土拱效应原理求解挡土墙土压力方法的改进

对应用土拱效应原理求解挡土墙主动土压力强度分布存在其所采用的滑裂面不满足墙后滑裂楔体水平力平衡等问题进行分析,提出水平力平衡的滑裂面水平倾角的计算方法;由此根据单元水平土层的静力平衡条件建立了竖向土压力强度、挡土墙主动土压力强度、土压力合力及其作用位置的计算公式。对运用该公式的计算结果与其他方法计算值及模型试验成果进行比较,结果表明文中方法安全性高且最接近试验结果。