基于Melan解的水平基床系数分析方法及工程运用

弹性地基法具有概念清晰、过程简单等优点在深基坑设计中广为运用,合理选择土体水平基床系数是弹性地基法的关键因素。以往地基水平基床系数多依靠于经验取值,一些学者也曾经尝试采用mindlin解等一些经典的弹性解来确定地基水平基床系数,但在参数的取值以及边界条件的确定方面均存在问题。根据反对称问题的特点,很好地解决了基坑开挖后的边界条件问题,使之符合弹性半空间理论,同时采用考虑应力状态和应力水平的土体参数,使得参数的选取更加符合实际情况。结合理论分析结果与应力路径试验结果,得到了与模量相关的水平基床系数计算方法。将计算得到的水平基床系数运用到杭州市地铁一号线试验段深基坑开挖工程中,并与实测结果进行比较,验证了计算方法的正确性,为杭州地铁后期设计计算、开挖施工提供了理论依据。该方法与传统弹性地基法相比,水平基床系数的取值有明确的计算方法,与连续介质有限元法相比,参数简单、计算简便、概念明确。     

线性分布基床系数弹性地基梁有限单元法改进

弹性地基梁法常用于研究土和结构的相互作用,对于均布荷载和边界条件简单的弹地基梁,采用理论解即可方便地进行计算。侧向荷载作用下桩体、嵌入式挡墙一般根据弹性地基梁理论进行分析,并假定基床系数随深度增加。对于基床系数呈线性分布或呈均匀分布但边界条件复杂的弹性地基梁理论求解困难,通常采用有限差分法或有限单元法近似求解。采用有限单元法计算线性分布基床系数弹性地基梁时,若单元划分数量不够,就存在计算精度不足的问题。采用加权余量法推导了更为精确的2节点5次位移函数和相应的单刚矩阵,得出了线性分布荷载作用下挠度的5次多项式近似解,从而实现只需划分很少的单元数,节点位移及单元内位移的分布即可达到较高的计算精度,极大地提高了计算效率,单元内力的分布可直接由位移函数导出,简化了后处理计算程序。     

两侧铰接地下连续墙的试验研究及数值分析

地下连续墙用于平面不规则形状基坑支护时,对任意直线段墙体,其受力与变形实际上是三维的,而不是一般经验简化方法假设的二维变形与受力,并应考虑相邻墙体之间的相互作用。采用考虑墙土相互影响的地下连续墙与土共同作用的三维有限元方法,研究了墙端铰接和墙端自由两种边界条件对等刚度及变刚度墙体内力与变形的影响,计算结果表明,建议的理论计算方法与模型试验结果吻合较好。通过与模型试验实测值的对比,指出了以往采用平面有限元进行分析的方法的不足,并重点分析了墙端铰接对墙体横向弯矩的影响,研究结果表明,三维变形产生的横向弯矩是可观的,必须加以考虑。     

迭代增量法分析地下连续墙的受力性状

围护结构的位移是影响土压力的重要因素,目前深基坑中地下连续墙分析时采用的增量法没有考虑墙体位移对增量荷载的影响。根据墙体位移对增量荷载的影响,假设在每一步开挖过程中围护墙体位移不变,由此确定初始增量荷载。根据计算得到的位移,用迭代法对增量荷载进行修正,分析地下连续墙的变形和内力。最后,通过与实测资料的对比,证实了迭代增量法的合理性。     

基于DTS的地下连续墙接头处渗漏预测

地下连续墙作为深基坑的支护墙体,具有良好的强度和安全稳定性。但墙体的不完整性会引起渗漏问题的发生,严重影响墙体的功能。针对地下连续墙的渗漏问题,设计模型试验探索了不同加压功率、不同加压时长下不同含泥量混凝土的温升稳定情况,通过温升曲线中的异常点,可分析墙体的完整性及发生墙体渗漏情况,提出了基于分布式光纤温度感测(Distributed Temperature Sensing,DTS)技术的地下连续墙混凝土浇筑完整性检测方法及对地下连续墙接头处渗漏的预测方法。以昆明地铁四号线的深基坑地下连续墙项目为例,介绍了利用DTS监测地下连续墙渗漏的感测光缆及其布设方法,对比检测结果及现场实际渗漏情况,验证了这一方法的可行性和有效性。     

井筒式地下连续墙水平承载能力模型试验研究

井筒式地下连续墙利用构造接头把地下连续墙段连接成一个平面为封闭形状挡土结构,其刚度大,承载力高。由于基础内部含有大面积的土芯,存在墙内土芯、墙体以及外部土体的相互作用。采用水平单向单循环维持荷载法,通过3个不同截面尺寸的单孔闭合墙水平静载试验,研究闭合地下连续墙基础的水平承载特性。基于墙身内力及位移测试结果,研究了井筒式地下连续墙基础在水平荷载作用下的承载机理,分析了水平荷载-位移特性、墙身位移、墙身弯矩、剪力、转角随深度的分布规律。试验结果表明,闭合墙基础呈整体倾斜破坏特性,墙身弯矩随墙深呈非线性变化,墙身剪力在加载处最大,在墙身弯矩极大值处墙身剪力为0,0点以下,墙身剪力随深度呈“大肚形”变化,并且闭合墙的承载力随着闭合墙边长的增大,深度的提高而提高。     

基于初参数法的多心圆拱隧道衬砌结构内力与变位求解

基于初参数解析方法的原理,建立了混凝土衬砌弹性地基圆弧曲梁内力和变位求解的初参数矩阵方程。对于多心圆拱隧道衬砌结构,利用曲梁初参数矩阵方程,以及结构的对称性和圆拱弧段交接点处内力平衡和变位协调条件,求解出了矩阵方程中初参数值,可进一步应用初参数矩阵方程求解圆拱弧段各点的内力与变位值。实例计算表明,其解析思想是可行有效的,可为类似衬砌结构设计提供一条可靠的内力分析途径。     

深基坑双排桩支护结构设计计算方法研究

考虑了土压力的空间效应,分析并计算了冠梁对双排桩支护结构的变形协调作用;考虑了滑移面和排距对作用在前后排桩上的土压力的影响,在弹性地基梁法的基础上,提出了一种新的双排桩支护结构设计计算模型。将理论计算结果与工程实测资料进行了对比分析,结果表明应用该计算模型进行计算,能得到有效的计算结果。     

逆作基坑开挖卸荷对工程结构的影响分析

以天津站交通枢纽深基坑工程为背景,基于开挖实测资料和数值模拟计算结果对比,对超深逆作基坑开挖卸荷引起的立柱桩隆沉、地下连续墙变形和层板变形进行了分析。结果表明,随着基坑的开挖,立柱桩与地连墙在竖直方向有一定隆起,中间柱的隆起量总体偏大;立柱桩间、立柱桩与地连墙间的差异变形随开挖的加深而持续增加,后者超过了设计控制预警值。地连墙水平位移沿深度呈近似的“弓形”曲线,坑口处有向坑外的侧移;水平位移最大值较顺作开挖小,出现的位置约为基坑开挖面以上1/2~1/3坑深处,与顺作法发生在基底开挖面附近有显著不同。水平层板竖向变形以隆起为主,最大竖向隆起出现在顶板中间区域的支撑柱附近。与此同时,文中还讨论了桩柱变形设计控制标准问题。     

基坑围护结构增量计算法的改进

就围护桩（或围护墙）加内支撑这一基坑支护形式而言,基于弹性地基梁理论的增量法是其围护结构内力和变形计算的常用方法。合理计算荷载增量是该方法实施的关键之一。目前,该法的荷载增量主要由土压力增量和挖除土体弹性抗力释放的反力增量两部分组成。根据弹性地基梁和增量法的基本原理,结合基坑施工过程,综合分析得出：荷载增量除上述两部分外,还应包括开挖面以下土体因开挖面下降、水平抗力系数降低而引起的土体弹性抗力部分释放的反力增量;开挖面以下围护桩（或围护墙）任意点的这部分反力增量等于该点在上一工况下的侧向位移与开挖侧土体水平抗力系数的比例系数m和本工况挖除土体厚度的乘积。工程实例理论计算结果和实测结果的对比分析表明,与传统增量法相比,采用改进增量法,围护桩（或围护墙）侧向位移的计算值与实测值更加接近,计算结果更加符合工程实际。     

桩（墙）单位侧摩阻力与轴向应变关系的解析解及其应用

根据弹性力学原理,提出了模型筒桩（闭合墙）的简化力学模型。采用半逆解法先求出桩左右侧受均布摩阻力、桩顶受均布荷载两种情况下的应力分量,根据叠加原理得出桩两侧均受相同摩阻力、桩顶受均布荷载情况下的应力分量。据此推导了普通桩基的轴力和侧摩阻力计算式,分析结果表明,该计算式与传统计算方法是一致的。当桩壁两侧受不同大小的侧摩阻力、桩顶受均布荷载时,仍采用叠加原理求得各应力分量,进而求得桩表面处的轴向应变与单位侧摩阻力关系的解析解。通过矩形闭合墙基础模型试验实例,对该解析解的应用方法加以说明。该解析解的求出,为竖向载荷试验中模型筒桩（闭合墙）所量测的内外侧应变进行数据处理提供了理论依据,进而为基础-土相互作用研究提供了真实、准确的试验结果。