基于抗滑桩土拱效应形成的细观数值模拟

通过PFC2D数值模拟软件模拟边坡抗滑桩,研究不同桩型、桩间距及不同土体孔隙率对抗滑桩土拱承载能力的影响,利用颗粒位移不同对颗粒进行染色,进而观察土拱效应的形成、发展和破坏的过程。通过一系列数值模拟的比较,揭示出方形抗滑桩的土拱效应比圆形桩承载能力更强,且当桩间距S=4.6D时,土拱达到极限承载能力,之后土拱效应逐渐破坏。根据砂土孔隙率越大土拱效应越明显,但是超过一定区间抗滑桩将失去作用,指出桩的嵌入深度和滑动面以下土层同时影响土拱的承载能力。在观察抗滑桩土拱效应的形成发展及破坏的过程中,从细观角度分析桩间土体的位移与桩的边长之比ρ在（0.2, 0.8）时,才能产生有效的土拱效应。     

不同埋深砂土盾构隧道掘进开挖面前方土拱效应研究

盾构施工过程中,开挖面前方土拱效应与掌子面盾构机推力大小和埋深密切相关。通过室内模型试验,研究不同砂土密度和不同隧道埋深条件下,盾构开挖面前方土拱效应,分析了砂土颗粒位移变化模式和土拱发展的时变特征,并揭示了不同埋深下土拱的发展规律和对失稳破坏机制的影响;同时基于室内模型试验,采用颗粒流程序进行模拟,从细观角度进一步研究了土拱效应。结果表明:不同埋深条件下,土拱发展规律一致且与支护力大小,地表沉降密切相关;低密度时土体破坏模式呈漏斗状,高密度为条带状,且土拱范围随埋深比增大而增大;颗粒流模拟得到不同埋深条件下,颗粒接触力、孔隙率和平均土压力变化规律一致。最后得出室内试验和PFC~(2D)颗粒流模拟得到的土拱效应相似的结论。     

基于细观特征的含水砂层蠕变潜力评价研究

在地面沉降过程中含水砂层的蠕变量不可忽视。本文以石英砂为试验材料,研究颗粒粒径、级配及形状对砂土蠕变特性的影响,并从细观角度定性和定量分析其蠕变机制,建立与宏观变形的联系。结果表明：砂土的蠕变过程分为稳定蠕变、减速蠕变和衰减蠕变3个阶段,砂土的粒径、级配及颗粒形状对蠕变特性产生影响：粒径越大,级配越好,颗粒形状越复杂,则任意时刻的蠕变速率越大,最终蠕变应变也越大。砂土细观参数可较好地反映其宏观蠕变特性,砂土的最终蠕变应变越大时,颗粒破碎程度越高,颗粒最终平均形状系数越大,孔隙率变化越大,最终面积概率分布指数也越大。在此基础上,引入砂土蠕变潜力评价指数(I_cp),提出了利用砂土颗粒与孔隙特征评价地面沉降中不同砂土层蠕变潜力的方法。     

止水帷幕对基坑环境效应影响的有限元分析

采用Biot固结理论分析了止水帷幕对基坑工程环境效应的影响,包括止水帷幕不同打设深度的效果,以及两种封闭式止水帷幕发生漏水意外时对地下水位和坑外土体位移的影响等。在有限元编程中,将开挖土体置为空气单元可以简化处理过程。算例分析结果表明,深厚透水地基中增加竖向止水帷幕的深度并不能有效减小对周围环境的影响;漏水部位周围土体的渗流等势线较为密集,渗流速度较大,容易诱发扩大破坏;竖向封闭式止水帷幕漏水引起的坑边土体的沉降和地表土体的侧移相对较大,水位下降迅速等。其结果可供基坑工程漏水事故环境效应的评价和对策研究时参考。     

隧道渗流侵蚀的颗粒流模拟

建造在砂土环境中的盾构隧道渗漏水会将砂土颗粒带入隧道内部,导致隧道周围砂土流失,引起隧道的不均匀变形与沉降。建立了隧道–土体离散元计算模型,模拟隧道不同部位发生局部渗流侵蚀时隧道中心位移、隧道表面土压力分布及地表沉降的变化。结果表明,隧道中心位移、地表沉降量均与颗粒流失比例呈线性增加关系;受颗粒流失及流失缝周围形成的颗粒力拱影响,隧道表面土压力重分布,会使流失缝宽度进一步扩大而加剧渗流侵蚀进程,且渗流侵蚀发生于隧道底部产生的影响大于渗流侵蚀发生于隧道腰部与顶部。     

某越江隧道顶管工作井基坑降水方法应用

位于上海浦东地区的越江隧道顶管工作井施工基坑距黄浦江防风墙45m,距煤气公司煤气井仪表室1.20m。基坑开挖底界(深度32.45m)为场地内第⑦土层承压含水层顶部(静止水位-6.40m)。为保证基坑施工及临近建筑物的安全,避免基坑降水造成砂土流失而引起的地面沉降问题,在降水井的施工中,根据含水介质的颗粒级配选择相应规格的过滤砂作为过滤层填料,并保证过滤层具有一定的厚度,使降水时的含砂量控制在1/10万以下;采用非稳定流控制水位跟踪作业降水法,尽量减少基坑降水的影响范围,取得了良好的预期效果。     

易破碎砂土地基中“平底桩”贯入数值模拟分析

桩在贯入砂土地基时所产生的高应力会引起桩周砂土的破碎,在易破碎砂土地基中更为严重。砂土破碎会引起桩基承载力的降低,严重地会导致基础结构物失稳甚至倒塌破坏。针对平底桩贯入易破碎砂土地基所产生的上述问题,引入新近提出的砂土颗粒破碎本构模型,结合耦合欧拉–拉格朗日(CEL)方法在处理大变形计算上的优势,对平底桩贯入过程进行了数值模拟研究。首先,根据Dog’s bay钙质砂的三轴剪切试验结果,确定了砂土破碎模型的模型参数。然后,采用CEL方法对平底桩贯入Dog’s bay钙质砂的离心机试验进行了模拟,模拟结果与试验测量结果吻合,表明所提出的平底桩贯入易破碎砂土地基的模拟方法的有效性和可行性,砂土破碎可明显降低桩基的承载能力。研究结果可为桩基贯入易破碎砂土地基提供设计和施工依据。     

砂土高压蠕变微观机理分析

砂土层在地面沉降过程中呈现一定的蠕变特性。文章采用一维压缩试验对4 MPa 下砂土的变形特征进行了研究,并 采用改进的试验装置对砂土的微观结构进行了提取。通过对8 组不同级配砂土样的蠕变特性和微观结构分析,得到如下结 论：粒径单一的砂土在蠕变过程中更容易出现突变,砂粒受力后更容易发生破碎,产生滑移错动;砂土蠕变的蠕变量与砂 粒级配密切相关,砂土的粒径越单一且粒径越大时,砂土的蠕变量也越大;采用表征砂土颗粒形状复杂程度的形状系数, 从微观上定量分析了砂土在蠕变过程中发生破碎的情况和蠕变量大小,且形状系数越小,表明该种砂土形状越复杂,在蠕 变过程中砂土的破碎性越高,蠕变量越大。     

基坑降水对声纳渗流检测精度的影响分析

随着声纳渗流检测技术在水文地质勘探中的应用,其测量结果精度的高低对获取的水文地质参数的准确性起着至关重要的作用。文章依托南宁某基坑工程,采用现场试验方法,同时考虑天然流场和人工流场,分三个阶段对基坑止水帷幕进行声纳渗流检测,对比不同阶段渗漏缺陷暴露的情况,同时根据渗透流速量级变化判断其检测结果精度的高低,并在实际工程中验证其准确性。研究结果表明:不同降水阶段的渗透流速大小变化显著,基坑地下水位降深每增加10 m,声纳检测到的渗透流速平均提高1~2个量级。其原因为降水导致基坑内外水头差增大,水力坡度的增加使渗漏缺陷附近的渗流场发生变化,高水头作用下渗透流速变化明显,渗漏缺陷定位更加精准,声纳检测精度也越高。可见,抬高基坑内外水头差对墙体渗漏缺陷的精准定位十分必要。因此,在对基坑止水帷幕采取声纳渗流检测时,建议将地下水位降至基坑底板以下,以提高检测结果的精度,有效探测止水帷幕渗漏风险。     

悬挂式止水帷幕涌水量计算数值模拟及验证

在基坑工程中,为合理保护地下水资源和节约工程成本,悬挂式止水帷幕在工程中的应用越来越广泛。为更好地研究悬挂式止水帷幕基坑涌水量及影响半径的影响范围,依托北京市东城区第一人民医院基坑项目,进行了悬挂式止水帷幕基坑涌水量的数值模拟,并现场进行数据监测,从而对数值计算结果进行验证。结果表明:(1)利用有限元数值模拟软件分析的基坑内涌水量与实际监测的数值趋势相同,日涌水量可以达到1970 m3;(2)设置悬挂式止水帷幕的基坑,原基坑降水影响半径不再适用,降水影响半径比原来有所减小;(3)随着距离止水帷幕距离的增加,基坑外水头值越来越大;随着距离止水帷幕距离的越来越大,基坑外水头值增加的趋势越来越小。     

粉细砂层中锚索施工涌水涌砂的处理技术

广州市良业大厦基坑支护工程存在较厚的淤泥质粉细砂层,预应力锚索锚点位置处于粉细砂层中时,锚索施工易发生涌水涌砂现象而引发基坑事故。施工过程中通过采取跟管钻进干钻成孔、墙后孔口设置止浆袋及墙后注浆的处理措施,减少了锚索施工过程中涌水涌砂现象的发生,避免了因涌水涌砂水土流失造成基坑外地面下沉而引发的基坑事故。     

钙质砂压缩波速与物理性质参数关系研究

开展钙质砂纵波波速与物理性质参数关系的试验研究,对珊瑚礁地基无损检测及工程物探具有重要的理论指导意义和工程应用价值。控制试样的物性参数状态,利用制样装置进行波速测量,揭示钙质砂纵波波速与物性参数的相关关系。试验结果表明：含水率是影响纵波波速的主要因素,与纵波波速呈二次函数关系。CT扫描结果表明,试样粒径越大,颗粒内部孔隙越丰富,这导致试样孔隙比越大,波速故而越小,与粒径、孔隙比呈负相关关系。在密实度相同、不均匀系数不同时,级配良好的砂样纵波波速差异不大。经过侧限压缩后,含水率一定时,粉土纵波波速与孔隙比呈二次关系,且与密度呈良好的线性关系。利用粉土易压缩且与纵波波速紧密变化的特点,可积极探索声波在粉土地基密实度检测的工程应用。     

深基坑承压水的风险控制及处理实例

存在地下承压水的深基坑,当基坑底部承压水层顶部的残留土层不能与承压含水层水头平衡时,处理不当极易造成管涌及坑壁失稳等问题。对相关承压水处理风险源进行分析,针对勘察、设计、施工各阶段都提出具体要求。实例中的基坑临近江面,基坑下承压水与江水存在贯通通道,河道水位变化时会引起承压水头增减,由于设计水头埋深参考值是针对一年观察期而得到的,未考虑到历年水头变化,成为事故埋下隐患,最终因为施工期间河道涨水导致承压水压力超过预期引起了基坑涌水。事故发生后,现场紧急采取堵漏措施,采用灌浆法加固基坑土体,改善土体性质,增加不透水土层的厚度,最终已解决基坑开挖时出现的涌水等现象,保证了工程的顺利安全完成。灌浆法加固是承压水较大情况下基坑安全开挖的有效方式,研究结论对于承压水的风险控制特别是临近江海的工程的设计施工具有较强的指导意义。     

深井降水基坑涌水涌砂原因分析及对策

以汉口某基坑为例,简要介绍了其支护、止水设计情况以及基坑的运行过程。在此基础上,针对基坑运行过程中出现的涌水涌砂现象进行了原因分析,并有针对性的采取了排水管排水及双液灌浆等疏堵结合处治措施,解决了水患,保证了基坑的正常运行。最后通过这个实例,简述了深井降水和垂直止水帷幕设计中要注意的一些问题。     

受承压水作用的基坑底板临界厚度的确定方法

分析了承压含水层补给区水位上升时承压含水层上基坑底板土层孔隙水压力和有效应力的变化规律。根据基坑底板土的渗透性及其破坏机制,基于弹性力学理论,按受弯拉裂破坏模式和剪切破坏模式计算确定基坑底板土层临界厚度,通过算例和分析,与传统确定临界厚度的计算方法进行了对比。研究表明,提出的基坑底板土层临界厚度的确定方法能考虑土的抗剪强度指标cu和?u以及底板尺寸的影响,比传统计算方法更合理。然而,对于如砂土这类强渗透性土而言,文中方法求解的结果可退化为传统方法的解。     

基于三维数值分析的基坑突涌临界水头确定方法

针对既有基坑突涌稳定分析方法存在的问题,采用应变相关修正剑桥模型（SDMCC）,借助FLAC3D软件建立了考虑承压水作用的三维有限差分模型,得到了坑底隆起变形与承压水头Hw之间的关系。随着承压水头的增大,坑底隆起变形分为3个阶段：缓慢匀速变形、加速变形和急剧匀速变形。提出一种确定基坑突涌临界水头Hwcr的数值方法,并将该方法与其他文献临界水头计算结果进行对比。     

地铁盾构隧道上方基坑开挖卸荷-加载影响研究

为提升地铁盾构隧道的防灾减灾能力,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域的基坑工程为基础,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究了上方基坑开挖卸荷-加载作用下地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并对基坑底部与盾构隧道顶部净距和基坑加载强度的影响进行了分析。研究结果表明：盾构隧道上方基坑开挖卸荷-加载过程中,随着基坑开挖卸荷的进行,盾构隧道逐步上浮,基坑开挖至底部时,竖向位移达到最大值;随着基坑加载的进行,竖向位移可得到适量恢复,最大竖向位移差及最大水平位移差均出现在基坑开挖卸荷完成阶段,此时应尽早完成基础底板封闭施工。基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道围土压力始终呈葫芦型对称分布,盾构隧道顶部及底部土压力较大,腰部土压力较小,基坑开挖卸荷完成后,长轴方向土压力明显减小,基坑加载完成后,土压力有所恢复,但并未达到最初状态。随着基坑底部与盾构隧道顶部净距的增加,盾构隧道结构位移、拱顶与拱底竖向位移差及水平收敛均逐步减小,当净距大于3 h（h为基坑深度）时,上方基坑卸荷-加载对盾构隧道影响逐步趋于轻微。在基坑加载强度为卸载强度的2倍时,盾构隧道竖向位移可恢复至最初状态。     

落底式止水帷幕条件下基坑涌水量计算研究

涌漏点的存在使得落底式止水帷幕条件下基坑涌水量的计算成为一个有待解决的技术难题。在承压含水层中开挖落底式深基坑时,针对落底式止水帷幕渗漏的不确定性,建立承压含水层中落底式基坑非完整井降水水文地质模型。基于Theis非完整井非稳定流理论,结合映射原理,推导等效渗透系数计算公式,并提出涌漏系数法用以评价落底式止水帷幕隔渗效果以及计算基坑涌水量。以武汉某深基坑降水工程为例,采用该方法评价止水帷幕的隔渗效果以及对其基坑涌水量进行计算,并与实测结果和传统方法计算结果分别进行对比验证。结果显示涌漏系数法计算误差较小,且计算过程简便,兼具安全性和经济性。研究结果可应用于指导工程设计,具有一定实际应用价值。     

基坑出水量计算方法探讨——“面井法”

基于平原区密集分布的农田供水井开采量评价方法——“面井法”,推导出了稳定流状态下,基坑出水量计算的一种新方法——“面井法”,并与“大井法”进行比较.“面井法”计算的基坑水位降深总大于“大井法”计算的基坑水位降深,而出水量则小于“大井法”计算的基坑出水量.“面井法”也定义了基坑等效半径,但形式唯一,简单易记.对于矩形(包括条形、方形)基坑,等效半径计算值总大于“大井法”计算值,而圆形基坑二者相等.由于“面井法”的推导是在整个基坑面积上积分的,其计算结果更能代表整个基坑的渗流特征.