基坑开挖对邻近不同刚度建筑物影响的三维有限元分析

受各种因素的影响,基坑邻近建筑物的刚度差异显著。为了解基坑开挖对邻近不同刚度建筑物的影响,在考虑土体小应变刚度行为的基础上,对基坑邻近不同刚度建筑物的变形展开精细化分析。算例结果表明:对于任意刚度的建筑物,当其跨越坑外沉降槽最低点以及上凸曲率最大点时,墙体所产生的拉应变最为显著,即此时对于任意刚度的建筑物来说,均为最为不利位置。随着建筑物刚度的增大,墙体挠度值与拉应变值呈对数曲线下降。当建筑物整体刚度较差时,其墙体拉应变更主要取决于坑外沉降幅度,而受自身刚度影响较小。当建筑物刚度较大时,在基坑变形的影响下,建筑物更主要表现为刚体运动,而自身内部变形则相对较小。     

盾构隧道平行侧穿诱发的建筑纵向沉降实测与模拟分析

当盾构隧道平行侧穿建筑物时,大多关注建筑物的横向沉降规律,对其纵向沉降关注较少。为此,针对盾构隧道平行侧穿建筑物引发的空间变形开展研究。首先,对天津地铁6号线平行侧穿四座结构形式相近的砖混建筑的实测数据进行分析,得到建筑物基本变形模式;基于工程实测并考虑土体的小应变硬化特性建立三维有限元数值分析模型,研究了盾构侧穿引发的建筑物纵向挠曲、土体变形与应力变化规律,并分析了不同建筑平面长宽比的影响。结果表明,盾构隧道平行侧穿将诱发平面长宽比较大的建筑出现"下凹式"挠曲变形,纵墙中部沉降最大可为其角点沉降的2倍,平行侧穿并不能简化为平面应变问题进行分析。建筑物修建和盾构开挖将导致隧道上方土体经历较为复杂的应力变化过程,并可划分为6个阶段。沿建筑纵向基础中部的土体与边缘土体相比,其首先经历更大的压缩变形(建筑施工导致),在盾构穿越后又产生了更大的卸荷变形。当建筑平面长宽比小于2时,盾构开挖导致的纵向挠曲变形将显著减小。     

“两墙合一”双环形支撑体系基坑变形特性分析

南宁市某基坑采用“两墙合一”双环形支撑体系，为研究基坑开挖工况下地下连续墙及坑外浅基础建筑物的变形特性，基于现场监测资料，对基坑开挖引起的临近建筑物沉降、地连墙顶水平位移、竖向位移以及地连墙墙体侧向位移进行了系统分析。分析结果表明：周边建筑物沉降受其高度、基础形式、埋深、距基坑距离以及与基坑相对位置等因素的影响程度较大；地连墙竖向变形受基坑开挖暴露时间以及临近建筑物的影响较大，其最大竖向位移VWY变化区间为(-0.088%～0.083%) H_e(H_e为开挖深度)；近建筑物段地连墙侧移呈现为“内凸悬臂复合式”变形形态；“坑角效应”导致位于坑角处的地连墙呈现出“阶梯内凸式”变形形态；地连墙的最大侧移变化区间为(0.02%～0.21%)H_e，平均值为0.085%H_e。     

基于土体小应变本构模型的TRD工法成墙试验数值模拟

等厚度水泥土搅拌墙技术即TRD工法,近年来在深基坑工程中得到了广泛应用。以上海国际金融中心基坑工程开展的0.7 m厚、8 m宽、56.7 m深TRD成墙试验为背景,采用有限元方法,并基于土体小应变本构模型对其成墙过程进行了模拟,得到了土体侧向位移和地表沉降曲线,并与实测数据进行了对比。结果表明,距离墙体5 m处两者的土体侧向位移曲线基本一致,而距离墙体1.4 m处的土体侧向位移在深度大于20 m后的计算结果较实测值偏小;地表沉降在靠近墙体处最大,随着距墙体的距离增大而逐渐减小。最后分析了成墙深度对地表沉降和土体侧向变形的影响,结果表明,深度越深,引起的土体侧向变形和地表沉降也越大。通过不同成墙深度引起的地表沉降归一化曲线可看出,TRD成墙引起的最大地表沉降约为0.05%H（H为成墙深度）,沉降影响区域约为1.8H。     

软土地区地下连续墙深大基坑的变形性状研究

结合前人对上海地区地下连续墙基坑实测分析的成果,以上海软土地区两个典型类似的深大基坑为工程背景,通过现场实测数据的分析,研究基坑采用顺作法两墙合一地下连续墙基坑的变形性状以及对坑外建筑的影响,尤其是基坑浅层软土层厚度和开挖面积因素。研究结果表明,(1)基坑施工过程中围护墙侧向变形均呈"鼓肚子"抛物线形状。基坑变形主要产生在基坑开挖阶段,换撑产生的二次变形仅为开挖阶段的10%左右。挖深范围内的软土层厚度对地墙侧移影响较大;(2)软土地层的厚度不仅影响坑外地表沉降最大值与位置,而且对沉降发展速率及稳定时间均有较大影响,但基本不改变沉降凹槽型的分布形态;(3)基坑开挖过程中基坑围护墙顶与坑内立柱均处于向上隆起状态,隆起量以"碟状"的形态从坑边至坑中不断增大,中间区域的相邻立柱隆起差异量不大,靠近基坑边的相邻立柱隆起差异量大,其差异界限在距离坑边约(1.0～1.5)H_e(H_e为开挖深度)处,软土地层厚度、基坑开挖面积大小对立柱隆沉的量值有较大影响;(4)基础形式与埋深、离基坑的距离对基坑开挖而引起坑外建筑沉降的影响程度尤为明显。     

不对称基坑开挖过程中的沉降变形与数值模拟分析

为控制不对称基坑开挖形变、保障基坑稳定性和安全性,开展不对称基坑开挖过程中的沉降变形与数值模拟研究。以西安某地铁坑中不对称开挖工程为例,选取桩体水平位移、桩顶沉降、地表沉降和周围建筑物沉降4个变形指标,对其施工进行监测和Plaxis 3D有限元模拟。研究发现：随着基坑开挖,桩身水平位移不断增加,其最大值为8.23mm;桩顶沉降呈波动趋势,最大值为0.45mm;地表沉降也不断增加,最大沉降值8.81mm,且靠近基坑侧土体沉降较远离侧高15%左右,承载建筑物一侧土体的水平位移较未承载侧高12%;周围建筑物沉降量随着离基坑距离的减小而增加,最大值为9.4mm。通过对比分析发现4个变形指标的实测和模拟结果虽略有差异,但变化趋势基本一致,且4个指标的变形均处于变形控制范围内,不对称开挖过程基坑十分安全和稳定,说明该工程选择的桩-撑联合支护方式能有效控制不对称开挖过程的基坑变形,且在坑中坑不对称开挖工程中使用数值模拟方式能确定基坑开挖方案的安全性。     

采用分层地基系数的多支撑支护结构分析

以土层分层、支撑位置及抗弯刚度变化处等为结点对围护墙体进行单元划分，按地基系数法考虑开挖面下被动土体横向抗力．基于单元挠曲微分方程的初参数解．通过传递矩阵分析方法，结合围护墙两端及支撑轴力的边界条件．推导得多支撑支护结构各开挖工况下围护墙各结点的内力、变形及支撑轴力。编制了计算程序，并以上海太平洋广场一期工程基坑开挖为例进行分析计算。该法可用于求解上层分层、围护墙刚度随深度变化等情况．能更好地符合工程实际问题。     

不同埋深盾构双隧道及开挖顺序对临近管线的影响研究

以不同埋深双隧道、不同开挖顺序对临近地埋管线的影响为研究目的,在离心模型试验中同时考虑隧道开挖所致地层损失效应和质量损失效应,并采用考虑土体非线性小应变特性的HP(Hypoplasticity亚塑性)模型和基于地层损失比的位移控制法进行有限元模拟分析。研究结果表明,不同埋深双隧道、不同开挖顺序对地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变的影响较大。双隧道开挖完成后管线下凸区(管线底部受拉区)分布范围为-2.5D_T~1.5D_T(DT为隧道外径),且管线下凸区最大弯曲应变约为管线上凸区(管线底部受压区)最大弯曲应变的2倍。不应简单采用叠加原理对不同埋深先后开挖双隧道所致地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变进行预测,应合理考虑后继隧道开挖所致土体的累积剪切应变及管-土相对刚度对预测结果的影响。     

储油罐环形加筋防护墙变形特征及其影响因素

储油罐环形加筋防护墙是由填土、筋体、格栅返包式面板组成的一个环形整体复合结构,具有明显的空间特性及其与储油罐之间复杂的相互作用,相关研究理论明显滞后于工程应用。由于环形加筋防护墙无法忽略其空间特性的影响,通过Plaxis 3D三维有限元软件进行数值模拟,采用小应变土体硬化模型作为加筋土体本构模型,研究储油罐环形加筋防护墙墙体的变形特征及加筋材料的受力特征,探讨墙体高度、厚度、墙面坡度及土工格栅刚度、加筋间距等因素对墙体变形特征的影响。结果表明:防护墙墙面侧位移随着防护墙高度、厚度和墙面倾斜角度的减小而减小,但墙体厚度过小和加筋间距过大将导致防护墙倾覆趋势增大,过小的土工格栅刚度会导致墙侧位移过大,因此需严格控制以上设计参数;加筋防护墙墙体的修筑将加大储油罐边缘处地基沉降,储油罐内燃油的装载状态不影响加筋防护墙地基沉降情况,但油罐地基最大沉降差随着储油罐内装载燃油的增多而减小;根据格栅最大拉应力位置所推测的加筋防护墙破坏面经过墙趾曲线,墙后土压力受墙面坡度影响巨大,设计时应根据坡度选择合适的设计方法。     

深基坑内撑式支护结构综合刚度研究

基于Clough系统刚度,提出一种可综合考虑内撑式基坑围护墙、内支撑和墙后土体刚度的支护体系综合刚度表达式,以较好地预测基坑变形。将Clough支护刚度、Bolton支护刚度和文中综合支护刚度应用于天津地铁6号线22个基坑工程469个围护墙测斜案例中,结果表明,基坑围护结构最大变形随着无量纲综合支护体系刚度(η?)的增大而减小,当η?增大到一定值后,其变形值趋于恒定。进一步分析土体不排水抗剪强度调动率,得到天津地铁6号线地铁基坑墙后土体调动率不大于0.6,远小于上限值0.8,说明天津地铁基坑建设具有足够的安全储备。研究成果可为同类工程经济性和安全性设计提供借鉴。     

Investigation of the integrated retaining system to limit deformations induced by deep excavation

A series of three-dimensional finite element analyses of deep excavations with the integrated system between buttress walls and diaphragm walls was conducted to investigate the effect of the buttress wall intervals, treatments, locations, height, and thickness on limiting deformations induced by deep excavation. The integrated retaining system was formed by maintaining buttress walls when soil was excavated. The wall deflection control mechanism of the integrated retaining system mainly came from the combined stiffness between the buttress wall and the diaphragm wall. In addition, the ground settlement control mechanism came from the combined stiffness between the buttress wall and the diaphragm wall, and the frictional resistance between the buttress wall and the surrounding soil. For achieving 50% reduction in the wall deflection and the ground surface settlement, the length and intervals of buttress walls that were applied to the integrated retaining system were at least 4 and 8 m, respectively. When the deflection at the diaphragm wall head was well restrained, for example, by the floor slab, the position of the buttress wall head could be located at a depth the diaphragm wall starts to bulge out. In such a case, the performance between the full height and limited height of buttress walls was quite close. Furthermore, a new well-documented excavation project was analyzed to verify the performance of the integrated retaining system. Results showed that the integrated retaining system worked excellently if the joints between buttress walls and diaphragm walls were constructed properly.     

杭州庆春路过江隧道江南工作井监测分析

为了避免基坑工程设计和施工中因没有处理好承压水影响而产生的基坑工程事故,以杭州庆春路过江隧道江南工作井为例,对墙体水平位移、地表沉降、地下水位及混凝土支撑轴力进行监测分析,并提出高承压水控制和防治对策。基坑开挖过程监测数据表明：墙体水平位移与基坑平面尺寸密切相关,可通过加强中部支撑刚度,将大尺寸基坑“分隔”成数个较小的基坑,以控制墙体水平位移;地表沉降最大点发生在距离围护结构0.5倍开挖深度处;止水帷幕结合减压降水的措施,可较好地处理承压水问题,基坑下层开挖施工期间,必须保证抽水井持续降水,非正常断电会影响基坑施工安全;第1道支撑的轴力逐渐变小,甚至有可能出现拉力     

内支撑结构基坑的空间效应及影响因素分析

具有内支撑结构的围护系统在基坑边角处具有更大的系统刚度,使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移,即基坑的变形问题表现出空间特性。为了更好地研究L/He（L为沿基坑纵向方向上的距离;He为开挖深度）、开挖深度等因素对空间效应的影响,量测了两个狭长形地铁车站深基坑不同位置处土体的侧向位移、土体沉降等。通过对现场监测资料的分析发现,边角效应能够减小侧向位移的平面应变比,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构和地下连续墙在边角附近处的平面应变比(PSR)分别为0.50、0.61和0.72。当平面应变比(PSR)接近于1.00时,对应的L/He值分别为2.50、6.00和4.00。随着L/He值的增大,土体的纵向最大沉降呈先增大后保持稳定的趋势。随开挖深度的增加,边角效应的影响范围呈增大的趋势。在基坑纵向沉降的空间效应中,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构的土体最大沉降值达到稳定时对应的L/He值分别为2.50和5.20。土体沉降和侧向位移的空间效应有一定的相关性。     

挡墙水平变位诱发地表沉降的显式解析解

将基坑看作平面应变边值问题,借助挡墙刚性平移诱发地表沉降的基本解析解,利用微积分思想,推导得到挡墙刚性变位和柔性变位下的地表沉降显式解析解。其中,在挡墙刚性平移影响范围无穷大时,显示解析解与基本解析解形式一致。通过与挡墙刚性平移解析解和绕墙趾转动、绕墙顶转动、三角形变位、抛物线柔性变位模式等几种已有的积分形式解析解作对比,验证了显式解析解的正确性。将显式解析解应用于实际工程,通过与实测数据对比分析,对解析解的适用范围进行了探讨。当围护结构水平位移较小时,显式解析解可较好地预测墙后地表沉降;当围护结构水平位移较大时,由显式解析解计算得到的墙后地表沉降归一化曲线可偏安全地估计墙后地表沉降,说明了该显式解析解的工程实用性。     

A simple prediction model for wall deflection caused by braced excavation in clays

Deep excavations particularly in deep deposits of soft clay can cause excessive ground movements and result in damage to adjacent buildings. Extensive plane strain finite element analyses considering the small strain effect have been carried out to examine the wall deflections for excavations in soft clay deposits supported by retaining walls and bracing. The excavation geometry, soil strength and stiffness properties, and the wall stiffness were varied to study the wall deflection behavior. Based on these results, a simple Polynomial Regression (PR) model was developed for estimating the maximum wall deflection. Wall deflections computed by this method compare favorably with a number of field and published records.     

Analytical model for the prediction of building deflections induced by ground movements

The objective of this study is to develop an analytical model that can predict the building‐relevant deflections induced by tunnelling or mining subsidence. The model takes into account soil–structure interactions due to differences in stiffness between the ground and the building. The ground is modelled by the Winkler model with an initial ground curvature equivalent to the free‐field ground movements. The building is modelled by a horizontal beam with uniform loading. The static and cinematic equilibrium of both the ground and the building are then calculated to assess the final building and ground shape, and the building deflection is derived. The resulting analytical model is used to investigate the influence of the ground and the building's mechanical properties, the building load and the initial value of the free‐field ground curvature (hogging or sagging). The model appears to be more comprehensive than those reported elsewhere that address the problem with numerical models. In particular, the analytical model makes it possible to distinguish two different final situations—with continuous or discontinuous contact between the ground and the building. The model is compared with numerical results and used to analyse a case study. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

加筋土挡墙静载模型试验及其力学性能研究

为研究加筋土挡墙在墙顶荷载作用下土体受力和变形形态,通过改变筋材层数、筋材长度和替换加筋材料等方式对加筋土挡墙进行了4种工况的模型试验。对4种工况下的加筋土墙体内竖向土压力、墙面水平位移、墙顶竖向位移和筋材应变等进行对比研究。研究表明,挡墙上部竖向土压力增长较快且各层竖向土压力最大值由加载点下部向墙面处移动;墙顶荷载超过130 kPa时,由于不均匀沉降,第5层筋材对应墙面处有向内收缩趋势,墙面水平位移最大值大约在上三分点位置;整个加载阶段,筋材总体应变值增幅不大且远小于筋材设计应变峰值;增加挡墙内筋材层数和增加筋材长度均可提升挡墙各方面性能,但增加筋材层数提高效果要优于增加筋材长度;使用废旧轮胎代替单向格栅进行加筋可有效提高挡墙整体性能,分散超载引起的附加应力,有效减小墙面水平位移和墙顶竖向位移。     

山区公路拓宽路基与衡重式挡土墙动态相互作用的数值模拟

针对山区公路路基拓宽改建的特殊性,运用非线性有限元法,开展衡重式挡土墙修建、新路基逐层分步填筑的动态施工力学行为数值模拟。针对新路基是否加筋、加筋层位以及衡重台上下方新路基填土压实状况的差异性,对新旧路基稳定安全性、滑动面形态、沉降、挡土墙变位等力学响应的影响开展参数敏感性分析。结合室内模拟墙体不同主动位移模式下拓宽路基土工离心模型试验成果,考察新旧路基顶面沉降与挡土墙变位的动态耦合关系。在山区公路路基拓宽改建动态施工中,挡土墙的变位和新旧路基顶面沉降、差异沉降相互耦合,呈正相关关系。衡重台下方新路基填土压实不足会导致新旧路基顶面差异沉降增大。挡土墙主动外倾诱发新旧路基顶面产生较大附加（差异）沉降,宜对新路基自重压密作用造成的差异沉降予以适当修正放大后进行上承路面结构设计。