有限元分析在深基坑开挖中的应用及对邻近地铁隧道的影响分析

深基坑工程涉及的土质条件及地下水条件复杂多变,基坑尺寸及支护形式繁多,众多不利因素综合作用导致了深基坑工程在开挖过程中产生的变形值难以预测。利用有限元分析软件对辽宁地区某深基坑工程实例进行数值模拟,围绕工程实例放坡结合桩锚支护挡墙在地铁隧道影响下的结构水平位移,支护挡墙外侧不同距离处的土体深层水平位移以及地铁隧道在开挖过程中的结构位移等变化规律展开研究工作。     

基坑被动区加固对基坑支护体系变形和桩后土体沉降的影响

深厚软土地区基坑常用基坑被动区加固的方法来控制支护体系变形.以珠海深厚软土地区某基坑工程为例,采用FLAC3D软件,建立了基坑工程分析模型,计算分析了被动区土体加固深度及加固宽度对基坑支护体系变形和桩后土体沉降的影响.计算结果表明,随着被动区加固深度和加固宽度的增加,桩身位移量和桩后土体沉降量均逐渐减小;桩身位移量和土体沉降量的减幅随着加固深度和加固宽度的增加而逐渐减小,故加固区存在最优加固深度和加固宽度,分别为10 m和12 m左右;桩后土体沉降影响区域范围为2 H,坑外地表最大沉降点在距围护桩0.5 H处.     

辽宁营口沿海地区某深基坑工程数值模拟的分析

软土地区基坑开挖产生大量的支护结构变形和周围土体变形,通过Midas有限元分析软件对营口某深基坑工程进行数值模拟,结合工程实例监测数据验证数值模拟计算结果的准确性。通过分析数值模拟各节点位移数据,总结双排桩支护结构和型钢水泥土墙支护结构对应的挡墙顶部位移及周围土体沉降位移的变化规律,分析发现:1基坑工程变形均存在空间效应,但基坑工程开挖深度不大时,空间效应并不明显;2基坑支护挡墙变形与结构抗弯刚度和开挖深度有关,增加开挖深度或降低结构刚度均导致基坑变形的增加;3锚索结构对于控制基坑变形的效果明显,在今后的工作中应针对不同的工程情况,灵活运用,充分发挥锚索结构的降低变形能力。     

CFG桩基坑内施工对基坑周围环境稳定性的影响

在地下工程中,由于天然地基承载力不足,带有地下室的主体结构采用CFG桩复合地基。因为CFG桩长螺旋钻施工设备限制,地下室底板下的CFG桩必须在深基坑开挖一部分后进行施工。在某深基坑工程中,随着CFG桩的施工,基坑周围地表出现明显开裂现象。为探究其原因,结合该基坑工程实例,利用FLAC3D软件,通过数值模拟分析考虑渗流作用下CFG桩基坑内施工对基坑周围地表变形的影响规律,并把计算结果同实际监测数据进行对比分析。研究结果表明:CFG桩在部分开挖基坑内施工的快速取土作用对基坑内被动土压力区产生扰动,削弱原有的被动土压力,导致基坑周围土体变形。基坑周围地表变形的影响范围超出2倍基坑深度的监测范围,因此,部分开挖基坑内施工CFG桩的基坑工程周围环境的监测范围应在满足国家规范要求的基础上适当增大。根据计算结果建议类似基坑工程监测范围距基坑边缘的距离采用基坑开挖深度与基坑底面以下CFG桩长之和。类似基坑工程设计应加大支护结构和止水帷幕深度,施工时从基坑内部向外部隔桩跳打,并适当增加工期,将有利于降低由于CFG桩基坑内施工对基坑周围土体的影响。     

深基坑开挖对周边环境影响范围的数值模拟研究

为研究深基坑开挖对周边环境的影响范围,以泉港地下储粮库项目工程为背景,利用三维岩土工程有限元软件PLAXIS^3D 进行数值模拟,对比了摩尔—库仑(M-C)本构模型和高级硬化本构模型(HS本构模型)对模型沉降变形的影响。同时计算了逐级开挖基坑变形影响范围以及监控点的沉降和水平合位移曲线。研究结果表明：从位移量值来看,基坑开挖引起的水平变形远大于沉降变形,水平变形与沉降变形的比值,约为4:1;基坑开挖过程中降排水引起的地表沉降变形影响范围较大,但量值较小;而土体开挖引起的变形较大,但变形影响范围有限,仅限于基坑周边一定距离;采用M-C本构模型与HS本构模型,得到的变形规律基本一致。     

盾构隧道下穿地下建筑物时的地表沉降分析

为研究盾构隧道下穿地下建筑物时的地表沉降特征和地层沉降规律,对沈阳地铁1号线某区间盾构隧道下穿地下结构引起的地层沉降进行了理论分析、数值模拟和工程监测。结果表明：盾构机从不同方向接近地下框架结构端墙的下方时,端墙下方土体出现较大的位移,因此端墙下方土体需加固;盾构机在独立基础下方掘进时,提高同步注浆压力和增加注浆量对减小地表沉降的作用不明显;地下框架结构对土层的约束作用使盾构隧道施工引起的地表最大沉降值减小,沉降槽宽度系数增大,曲线更平缓;忽略地下框架结构刚度的地表沉降数值分析结果与地表位移监测数据接近,可用于指导工程实践。     

西北黄土地区地震作用下地铁车站动力响应分析

以甘肃兰州地铁一号线某地铁车站为工程背景,基于ADINA分析软件32CPU有限元显式计算平台,建立地基土与车站结构相互作用的非线性地震响应计算模型。数值分析在El-Centro、Kobe和兰州波的多遇地震条件下其车站及地基土的动力响应差异。结果表明:车站结构振型与周围地基土振型基本一致;车站底板、中板及顶板的加速度时程曲线形状基本相同;中柱和侧墙均随着埋深的增加其水平位移减小;车站周围的地表土体均发生了不同程度的沉降,其距车站7.5m范围的沉降尤为显著,致使周围建筑物会遭受到一定程度的损坏。     

城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析

富水砂层条件下,盾构施工问题多、风险大、施工变形难控制。以南昌地铁某区间盾构隧道工程为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D建立了三维盾构施工力学模型,对富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟,并结合现场实测数据分析了盾构施工引起的地表沉降规律。结果表明：盾构施工引起的横向地表沉降呈＂V＂形,最大地表沉降发生在隧道中心正上方,最终形成的沉降槽宽度约为6倍隧道外径;盾构施工引起的纵向地表沉降呈＂S＂形,盾构开挖面前方表现为隆起,开挖面后表现为沉降,在开挖面后一定距离逐渐趋于稳定;开挖面支护力对稳定开挖面土体及减小地表沉降有较大影响;盾构进洞与出洞施工中存在较大风险,应采取相应的工程措施以保证盾构施工安全进行。所得结论可供南昌地铁区间盾构隧道设计与施工参考。     

考虑卸荷变形模量的坑底回弹变形计算方法

针对基坑开挖卸荷导致坑底土体回弹变形问题,考虑开挖卸荷过程中土体弹性模量随着卸荷应力路径变化的特征,推导在卸荷应力路径作用下土体变形模量的计算公式,考虑基坑的开挖为地表以下基坑开挖面处应力的变化,基于Mindlin应力解计算矩形基坑开挖卸荷引起的坑底土体附加应力,采用分层总和法计算基坑开挖引起的坑底土体的回弹变形,结合已有文献中的工程实例,采用该方法计算开挖引起的坑底隆起变形,并与实际监测数据对比分析表明,该方法能够有效预测基坑开挖引起的坑底隆起变形,能够作为基坑开挖坑底隆起变形的一种有效预测方法。     

某软弱地层钢板桩基坑支护工程换撑应用

东莞市某软弱地层,无中板地下结构基坑支护工程,被动区采用加固土,增强了软弱土体整体性,提高土体抗剪强度。采用理论计算对换撑技术控制水平位移方面进行分析,结果表明,换撑技术受力合理,可以有效控制基坑开挖引起的支护结构水平位移,提高基坑安全稳定性,类似地下结构无法形成刚性铰时,可参考本文换撑技术。     

湖相沉积典型软土HSS模型参数取值研究

数值分析被广泛用于研究复杂环境下深基坑开挖变形,但本构模型及模型参数选择对计算结果合理性影响较大。比较分析多种本构模型的特点,硬化土小应变(HSS)本构模型能很好对软土场地基坑开挖引起的变形进行预测,但HSS模型参数多且取值困难。湖相沉积软土在昆明分布范围广,但针对此类土,特别是有机质含量及含水率较高的泥炭质土的HSS模型参数如何取值无相关研究。针对这些问题,对大量土工试验及取原状样进行室内试验资料进行分析,研究得到几个刚度参数间的经验取值关系,获得湖相沉积典型软土层的HSS模型参数。为检验HSS模型及相关参数取值的合理性,运用PLAXIS 2D数值分析软件,对软土场地的两个地铁基坑建立数值模型,计算在不同开挖工况下引起的基坑变形,并与实际变形监测值进行对比分析,两变形吻合较好,从而验证研究结果是合理可靠的,且研究结果对于深基坑支护设计、岩土工程研究及勘察等具有重要的参考价值。     

盾构过富水砂层对地表建筑物影响的研究

结合深圳地铁2号线盾构过富水砂层施工实际,考虑流-固藕合水土本构关系,用FLAC3D软件建立了盾构施工数值分析模型。计算结果与工程实测数据对比验证了数值模型的合理性。进一步研究了盾构过富水砂层对地表不同位置建筑的影响:建筑物基础在隧道正上方时产生沉降最大且较均匀,水平位移最小;盾构机开挖下穿时建筑物差异沉降最大,建筑物倾向盾构开挖方向;建筑物基础横向上离隧道中心一倍隧道埋深时,建筑物水平移动最大,易受剪切破坏,倾向垂直盾构开挖方向,周边地表沉降差最大;建筑物离隧道中心横向距离超过两倍隧道埋深时,盾构开挖对建筑物基础沉降的影响较小,建筑物沉降与其周边地表沉降较均匀。     

基坑开挖对周边环境影响的试验研究

通过基坑开挖的变形测量实例,观测到基坑开挖时坡后土体的沉降和水平位移具有相关性,可以由实测的土体水平位移推算坡后不同深度土层的沉降量,并分别从土体沉降量和沉降曲线的斜率两种特性来确定基坑开挖在坡后土体中产生形变的范围。在判断影响范围时,单纯以建筑物距基坑距离与基坑深度的比值b/H来确定不够准确,应同时考虑基础埋深和沉降分布曲线的形状。     

地铁隧道基础变形分析与计算

地下空间开发引发了大量的补偿基础问题,同时也带来了新的岩土技术难题。对结构荷载已完全被开挖土重所替代的等补偿和超补偿基础而言,理论上基础将不会出现工后沉降,但大量实测数据表明,等补偿甚至超补偿基础往往在竣工后均出现沉降变形,南京地铁隧道基础便是典型实例。为此,探讨了深基础与浅基础间的异同点,并推导出考虑埋深的坑底土体应力计算方法;然后围绕基础的整个施工过程,详细分析了开挖卸荷和施工找平对基底变形的影响,发现找平过程中多挖了与隆起量体积相等的土体,而该缺失的土体将导致基础后期发生沉降变形。据此思路计算地铁隧道基础的变形量,并与工程实测数据进行对比,结果表明两者吻合较好,可为今后类似工程的分析提供参考。     

喷射注浆法在深基坑止水工程中的应用

论述深基坑开挖过程中地下水处理的主要类型及喷射注浆止水方法的技术要点。结合工程实例讨论了滨海饱水软土深基坑的基坑支护结构形式和喷射注浆止水综合选择方法。实践表明,钻孔灌注护坡桩加二重管桩间旋喷桩组合结构有效阻止了基坑侧壁及基坑底涌砂,确保了基坑开挖的安全。     

地震波输入方向对软土地区车站结构响应的影响

运用ANSYS软件,结合天津市地铁3号线昆明路车站工程,采用黏弹性人工边界,建立了土-地下结构相互作用的二维平面有限元模型,研究模拟了软土地区地铁车站在不同方向地震波作用下各个关键点内力、位移和应力的变化规律。研究结果表明:竖向地震波对结构的绝对位移影响较小,而对内力和应力的影响较大,能使内力提高5.18倍左右,竖向地震波在软土地区结构抗震设计中不可忽略;车站结构底板与中柱连接处地震响应最大,为结构抗震设计的薄弱环节。     

基于FE-IBE耦合方法的地铁车站抗震分析

提出了地下结构非线性地震响应分析的一个FE-IBE耦合方法,通过等效线性化分析考虑土体非线性特性。该耦合方法的特点之一是有限元子域和间接边界元子域相互独立,非常适合并行计算,提高计算效率;特点之二是能够同时考虑近场区域(有限元子域)和远场区域(间接边界元子域)的土体非线性。通过与FLUSH和ANSYS的计算结果相比较,验证了本文耦合方法的正确性和计算精度。以天津某深厚软土场地中双层地铁车站为例,比较分析了土体线性和非线性两种工况下车站结构的地震内力和层间变形。本文算例中,非线性情况下车站结构最大弯矩和层间变形较线性情况均增大近50%。     

两明挖隧道基坑先后开挖对其下地铁隧道的影响评价

基坑开挖会对下卧运营地铁隧道的围岩应力造成重分布,进而可能引发隧道结构产生变形及内力变化,影响地铁隧道的正常运行。故一个合理的施工方案以及充足的保护措施对基坑开挖和隧道保护显得尤为重要。以广州某工程为例,利用有限元软件Midas GTS模拟实际施工工况,动态分析了两明挖隧道基坑先后开挖对其下卧地铁5号线隧道的影响。分析结果表明:两明挖隧道基坑先后开挖所引起的叠加效应会对地铁5号线隧道结构造成影响,但应力变化量均很小,不足以对地铁隧道的结构安全性造成影响。其分析成果可为优化设计和施工提供有益的参考,为类似工程提供借鉴。     

钢管内支撑在地铁车站施工中的应用

钢管内支撑由于具备材料可周转使用,支撑力调整方便,施工工期短等优点,因而在地铁车站深基坑支护施工中被广泛应用。石家庄地铁东里站主要采用钢管内支撑与排桩相结合的支挡式支护结构,有效控制了基坑的变形,确保了基坑稳定。     

土体本构模型及简化模型对基坑开挖变形数值分析结果的影响

基于大型商用专用软件的数值模拟方法已成为基坑开挖稳定性分析的重要手段之一,但对变形的分析研究较少。通过分析基坑开挖引起的地表沉降变形、基坑侧壁水平位移及坑底隆起变形,研究ABAQUS软件内置土体本构模型及二维简化分析模型对基坑开挖数值模拟结果的影响,并给出基坑开挖三维模型简化成二维模型的适用条件,为基于ABAQUS软件的基坑开挖稳定性分析及变形数值模拟提供参考。