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。     

考虑基坑开挖宽度的杆系有限元算法及试验研究

工程实践表明,狭窄基坑围护结构变形相对较小;而超宽基坑围护结构变形相对较大,并伴有明显的踢脚变形。由于目前常用的杆系有限元算法不能考虑基坑宽度对围护上土压力的影响,使狭窄基坑设计时偏于保守,造成较大浪费;较宽基坑设计时偏于危险,造成基坑施工风险。推导了可以考虑基坑宽度影响的围护结构上土压力折减因子的计算方法,对基坑工程杆系有限元分析的荷载取值进行了调整,改进了目前基坑设计采用的杆系有限元方法。针对24、32、42 m 3种宽度分别进行了离心模型试验。试验结果表明,传统的杆系有限元方法计算结果在考虑基坑宽度影响时明显与试验结果不符。应用所提理论对试验成果进行了分析,证明了方法的合理性。此方法是对目前基坑设计采用的杆系有限元方法的必要修正,值得在基坑设计时推广。     

水土压力统一计算理论的提出和发展

地下结构上水土压力的合算与分算既关系到基坑围护的设计,又关系到地下结构的抗拔桩设置。现场数据表明,砂性土采用水土压力分算是合理的,但黏性土采用水土压力合算是否合理一直是学术界与工程界争论的焦点问题。为解决争议,笔者提出了可以统一水土压力合算与分算的方法,作为一个逻辑上自洽的理论,实现了水土分算与合算之间的过渡,为水土合算提供了理论基础。回顾该理论的提出过程,对其合理性做了进一步说明,分析了该理论的学术价值和发展前景。     

大断面管幕法隧道群管顶进的地表位移规律研究

为研究管幕法群管顶进施工过程中地表位移变化规律,依托上海田林路下穿中环隧道工程,对地表位移实测数据进行了详细分析。通过数据处理发现,管幕施工期间变形发展可细分为7个阶段,其中包括4个推进阶段、3个暂停推进阶段。管幕推进阶段的地表位移由地层损失沉降和注浆引起的地表隆起叠加而成;暂停推进阶段的地表沉降主要是固结沉降。运用Peck公式对地表位移进行描述,通过现场数据反分析出各根钢管推进时的沉降槽宽度系数i和地层损失率η。基于分析结果,提出了适用于上海软黏土的i和η 计算公式,其中i的公式只与钢管半径R、钢管埋深h和土体内摩擦角φ 有关,而η的公式表达成随时间的双曲线函数。注浆导致的地表隆起可分解成各根钢管顶进伴随注浆造成的负地层损失。运用上述方法对地表位移进行预测,并与实测结果对比,验证了文中方法的正确性,成果可对类似管幕法工程施工引起的地表位移预测提供科学参考。     

考虑三维变形的柔性和刚性基础沉降计算方法

传统的分层总和法不能考虑地基三维变形,计算基础沉降的误差非常大。为了减小分层总和法修正系数的范围,基于侧限压缩试验的e-p曲线,推导了能够考虑三维变形的柔性基础沉降算法。只要把传统算法的分层压缩量乘以一个修正系数,新算法就可以在分层总和法基础上考虑地基土的侧向变形。进一步地,通过调整基础底面的压力分布,推导了条形刚性基础沉降的近似算法。算例分析表明,考虑三维变形的沉降算法可以解决传统分层总和法在计算小尺寸基础时沉降过小的问题。计算表明,小尺寸刚性基础沉降计算结果比传统分层总和法大,大尺寸刚性基础沉降计算结果比传统分层总和法小,这可能是导致分层总和法修正系数范围过大的原因之一。应用文中方法有希望减小分层总和法的一部分误差。     

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。     

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。     

基于荷载结构法和强度折减法的人防工程安全性评估方法

科学有效地对既有人防工程结构进行安全评估，已成为保证城市地下安全的关键。为了克服现有安全评估方法的不足，提出了基于荷载结构法和强度折减法的安全评估方法。利用荷载结构法，将土体对人防工程衬砌的作用转化为荷载以及地基弹簧作用，采用混凝土损伤塑性模型模拟衬砌结构损伤情况，通过荷载增大法和刚度折减法得到衬砌的安全系数值K1；采用强度折减法对土体-衬砌进行有限元建模分析，得到结构或围岩土体破坏时的安全系数值K2。结构的整体安全系数K为两者的较小值。利用上述方法分析了裂缝工况、水位变化等不同因素对结构安全系数的影响。结果表明：荷载结构法和强度折减法均可用于人防工程结构的安全评估；结构的安全系数主要受裂缝和水位的影响，裂缝越深，对结构的安全越不利，安全等级越低；当地下水位高于结构底部且内部渗水时，水位越高，结构越安全；结构内部不渗水时，水位越高，结构安全系数越小。人防工程结构安全的定量评估有利于工程后续处置，研究成果为地下结构安全评估提供了新途径。