基坑抗隆起稳定安全系数的算法对比分析

基坑隆起变形破坏是一种常见的基坑失稳形式。基坑隆起变形量监测存在一定困难,基坑坑底抗隆起稳定性分析主要是计算安全系数。目前基坑抗隆起稳定安全系数计算方法主要有极限平衡、极限分析和强度折减等方法。结合工程算例,采用上述3种算法进行基坑抗隆起稳定安全系数计算,对比分析了各种计算方法的适用性。结果表明,极限平衡传统算法忽略的工程因素较多,计算结果过于保守,通过修正可以提高适用性。极限分析与强度折减的计算结果较为准确,但极限分析的破坏模式和强度折减中基坑稳定临界状态容许隆起量仍需进一步研究。     

内撑式支护的软土基坑开挖抗隆起稳定性分析

采用强度折减法有限元方法（SSRFEM）,分析了不排水条件下软土地基中内撑式排桩支护基坑开挖的抗隆起稳定性,并研究了软土不排水抗剪强度、支护结构条件、基坑尺寸对基底抗隆起的影响。研究表明,以往通常采用的极限平衡公式,对基坑开挖基底抗隆起稳定分析不能完全考虑支护结构的影响,也不能考虑基坑侧壁位移的影响,在一些条件下误差较大,而SSRFEM分析方法是求解基坑极限状态实际而自然的破坏形式,可很好地分析基底隆起稳定性。     

非均质软土基坑抗隆起稳定性的极限分析方法

考虑到实际工程中土体非均质以及软土地区基坑开挖过程中土体稳定性的特点,将极限分析上限方法应用于非均质软土基坑抗隆起稳定分析计算中,讨论了极限分析方法的适用性问题。选用Prandtl机构建立了非均质软土地区基坑抗隆起稳定分析的运动许可速度场,根据速度场推导了极限分析上限方法的计算公式。讨论了该方法中土体强度、基坑宽度、支护墙体入土深度、基岩埋置深度等因素对坑底抗隆起稳定的影响。通过几个工程的计算与对比,验证了该方法的适用性和优越性。     

水泥土桩加固边坡变形破坏特性及模型试验分析

水泥土桩是软土边坡常用的一种较经济的加固结构,但目前对水泥土桩加固边坡的变形破坏特性和抗滑机制认识不清,相应的稳定性评价理论研究较少。建立了一边坡模型,运用有限元分析了离散水泥土桩加固边坡的变形破坏特性,结果发现边坡失稳时,桩-土之间由于变形不协调而产生塑性滑移,强度和刚度都较大的水泥土桩呈S型挠曲变形而发生弯折破坏,未能有效发挥设计要求的抗滑能力,加固边坡最后形成贯通的剪切滑动带而非滑动面。提出了水泥土剪力墙的概念,通过有限元模拟发现,采用水泥土剪力墙加固边坡,因墙-土界面摩擦力的作用,下滑力在剪力墙和边坡滑体之间得到调整,最终促使加固边坡产生整体剪切破坏,有效发挥了剪力墙的抗滑能力。通过桩土复合结构的水平推剪模型试验,验证了数值模拟结果的合理性。     

软土地区基坑墙底抗隆起稳定性Prandtl计算式的改进

软土地区,应用Prandtl地基承载力计算式验算墙底抗隆起稳定性安全系数存在两个问题：一是不能反映随着围护体插入深度的增加,墙底抗隆起稳定性安全系数也随之增大;二是不能体现基坑宽度对墙底抗隆起稳定性安全系数的影响。本文在分析基坑开挖卸荷与应用Prandtl公式计算地基承载力的力学边界条件差异的基础上,认为现有的Prandtl计算式不足以反映基坑隆起破坏滑动模式;依据极限平衡计算原理,提出考虑围护体墙底以上基坑内外两侧土体抗剪作用的改进计算模式。按基坑宽深比为3的标准划分宽、窄基坑,并分别给出宽窄基坑抗隆起稳定性安全系数计算式。通过工程实例计算表明：本文提出的改进公式与成功实施的工程实例安全状况相符,能解释在软土地区随着围护体插入比的增大,基坑抗隆起稳定性得到提高的规律;按照宽窄基坑划分,可以合理计算窄基坑的抗隆起稳定性安全系数。本文研究结果可有助于软土地区基坑抗隆起稳定性计算评价和基坑围护结构的优化设计,也有待于进一步理论研究的补充完善和工程实践的验证。     

基于Terzaghi假定的基坑抗隆起稳定性计算方法研究

本文根据Terzaghi地基承载力理论,针对基坑隆起破坏时土体向基坑一侧滑移失稳的实际情况和地下水渗流对基坑稳定性影响,对Terzaghi法确定基坑抗隆起安全系数做了相应的改进,推导出新的计算抗隆起稳定安全系数方法。对影响基坑抗隆起稳定问题的因素进行了参数分析,并通过工程实例计算分析,证明新的计算方法提高了基坑抗隆起稳定设计的可靠性。     

考虑水位和孔压影响的基坑抗隆起稳定性上限分析

分析了基坑围护墙内外水位和孔压的分布规律,基于极限分析上限定理,将孔压做功作为外力功代入上限定理能量平衡方程,选用Prandtl滑动模式建立了考虑地下水位和孔压影响的基坑抗隆起分析方法及其验算公式。通过该计算方法对坑外水位、土体强度、硬土层深度和基坑开挖宽度等参数的影响分析以及工程实例的对比计算,验证了公式的适用性。分析结果表明,基坑内外水位和孔压变化以及地下水渗流对抗隆起稳定性产生重要影响,地下水是影响基坑稳定性的一个重要的不利因素。与经典的Terzaghi、Bjerrum和Eide方法以及Chang方法相比,该分析方法可以考虑坑内外水位和孔压对抗隆起稳定性的影响,为软土地区基坑抗隆起稳定性分析提供了合理的计算方法。     

Rosenblueth方法在深基坑抗隆起可靠度分析中的应用

由于岩土参数具有很大的不确定性,在深基坑抗隆起稳定性分析中高安全系数并不一定安全。为此,提出了深基坑抗隆起稳定性可靠度分析方法,基于Rosenblueth方法开发了相应计算程序,研究了土性参数c, 变异性对可靠指标的影响,并通过实例分别运用可靠度和安全系数分析方法分析深基坑抗隆起稳定性。结果表明:可靠度分析方法具有科学性和合理性,同时体现了Rosenblueth方法在复杂功能函数中进行可靠指标计算的优越性。     

降雨条件下边坡有限元强度折减法计算平台开发及其应用

降雨是导致边坡失稳的主要因素。目前,使用有限元强度折减法进行降雨滑坡计算时,过程比较复杂,计算工作量大。同时,对降雨边界的处理更加大了计算的复杂性,从而影响了强度折减法在降雨滑坡计算中的推广应用。为了更加准确、高效地将有限元强度折减法应用于降雨滑坡计算,首先基于Geostudio软件采用迭代算法对降雨入渗边界进行处理,通过计算得到每一时刻边坡内的水压分布,然后利用Fortran编制程序将水压转化为等效结点力并导入ABAQUS中,之后结合“基于场变量的有限元强度折减法”对ABAQUS进行二次开发,最终建立降雨条件下边坡有限元强度折减法计算平台。该平台利用Geostudio考虑了降雨入渗边界的复杂性,克服了ABAQUS软件中不能准确模拟降雨边界的问题。同时采用ABAQUS软件提供的场变量,对有限元强度折减法的计算过程进行简化,提高了计算效率,经过一次计算即可求得每一降雨时刻的边坡稳定系数。通过与传统极限平衡法进行比较,发现两者得出的结果具有较好的一致性,表明该计算平台是稳定、可靠的。最后采用该平台对降雨滑坡机理进行研究,研究结果可为边坡防减灾提供参考。     

有限元强度折减法在公路隧道中的应用探讨

将有限元强度折减法应用于隧道的稳定性评价。利用有限元强度折减法求得的安全系数与潜在滑动面,不仅可以评价隧道的稳定性和设计的合理性,还可以对支护参数和施工工艺提出改进建议。计算表明,泊松比? 的取值对塑性区范围影响很大,但对安全系数基本上没有影响;围岩等级越高,达到破坏状态时围岩的塑性区范围越大,破坏区却越小,安全系数越高;上覆岩体增厚,同类围岩塑性区范围和最大塑性应变值都增大,而安全系数减小。破坏时围岩等级高的隧道塑性区大,围岩等级低的反而小,因此,单纯根据塑性区范围大小来评判隧道的安全性是值得商榷的。     

典型基坑开挖卸荷路径下软土三轴流变特性研究

模拟基坑开挖下的卸荷路径,进行了不同卸荷条件下包括围压、卸荷路径和排水的卸荷流变试验。试验结果表明：软土在竖向卸荷试验中的回弹变形可分为瞬时回弹变形和滞后回弹变形;在应力控制式三轴试验中,围压和轴压同时卸荷时的初始变形速率较大;仅卸轴压时回弹滞后效应明显,而围压、轴压同时卸荷时由于土体产生剪切变形引起负孔压,使土体回弹滞后效应不明显;在相同卸荷路径下,排水剪切时由于土体吸水膨胀使得流变特性更明显些,且产生的负孔压最终会消散。根据试验成果,建立Merchant流变模型参数与卸荷条件的线性函数关系,并将函数关系代入Merchant模型,最终得到能考虑围压及卸荷路径影响的软土卸荷流变经验模型。研究结果为软土流变变形模型研究及卸荷后基坑变形研究提供了参考。     

钱塘江边基坑的降水设计与监测

钱塘江由于钱江潮而引起水位偏高,如何保证在高水位条件下基坑的边坡安全及施工方便成为基坑支护的一个难 题。结合具体的工程实例,对钱塘江边的基坑工程进行了降水设计及水位监测,并对降水效果进行了分析。结果表明,针对钱塘江冲积平原的土层渗透系数大,采用自流式的深井进行降水是可行的,而且当钱塘江水位较高时可以采用截流深井进行综合降水处理。     

深基坑地连墙支护体系协调变形规律试验研究

深基坑地连墙支护体系中局部应力集中问题,以及施工过程中的实际变形与设计值之间往往存在较大差异造成施工风险。通过设计模型试验,采用可伸缩的内支撑体系来解决上述问题。研究了内支撑体系、地连墙和墙后土体之间的协调变形特性;得出了内支撑的轴力、墙后水平土压力、基坑周围地表位移、地连墙的最大变形量等随支撑体系调节方式的变化规律;提出了地连墙支护体系协调变形智能调节方法。研究发现,相同的位移控制条件下,上部支撑伸缩引起的轴力变化量最大,底部支撑伸缩次之,4道支撑同时伸缩时影响最小;但是,支撑伸缩的位置越深,对地表竖向位移的影响范围越大,4道支撑同时伸缩对地表位移的影响范围和幅度大于单独伸缩某一道内支撑;支撑伸长可明显减小地连墙水平位移,但是会导致支撑轴力急剧增大。结果表明,实际工程中并非基坑水平位移控制越严格,支护体系就越安全,而是应合理控制内支撑伸缩长度,加强支撑轴力和位移监测。     

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。     

某软土深基坑险情分析与处理

介绍一软土地区深基坑由于超挖引起基坑险情的工程实例。该基坑土层分布以淤泥质粉质黏土为主,为典型的长江漫滩地质条件,具有一定的代表性。基坑土方开挖期间,由于地下室方案调整,基坑深度加深,而未按设计要求对支护进行事先加固,导致基坑出现险情。通过对比前后不同挖深条件下支护结构的内力及变形,分析了险情产生的原因,并依据实测支护结构和周边环境的变形,针对基坑出现的问题提出有效的处理措施,从而保证了基坑的安全。     

粉砂地基深基坑渗透破坏研究

在地下水丰富的砂土和粉土地区进行深基坑开挖,坑内降水施工或渗漏引起的渗透破坏问题是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。通过模型试验结合数值模拟,研究了土体密实度、黏聚力、内摩擦角、桩土界面摩擦特性以及围护结构插入深度等因素对临界水力梯度以及渗透破坏模式的影响。研究表明,发生渗透破坏时的水力坡降不仅与土的密实度有关,还与土性、强度指标、桩表面粗糙度以及围护结构的插入深度等因素有关,这些结论为实际基坑工程分析提供了指导。     

膨胀土斜坡地基路堤失稳破坏有限元极限分析

膨胀土斜坡地基上进行路堤填筑时,由于膨胀土层遇水后强度极度降低,极易形成软弱夹层,造成路堤沿坡体倾斜方向整体滑动甚至垮塌。采用有限元极限分析方法对一般斜坡地基上路堤和易于产生软弱夹层的膨胀土斜坡地基路堤进行稳定性分析。结果表明：采用有限元强度折减法,不需任何假设,即能得出路堤的稳定安全系数和滑动面,是进行膨胀土斜坡地基上路堤稳定性评价的有效方法,适于在复杂地质条件下路堤稳定性分析中推广应用。     

基坑土钉支护边坡有限元稳定性分析方法探讨

针对基坑土钉支护开挖边坡的稳定性,讨论了极限平衡方法的局限性,指出应用有限元方法分析评价基坑土体结构稳定性是近年来研究的新趋势。采用滑面应力分析法和强度折减法两种有限元方法对基坑边坡的稳定性进行了研究。对于无支护的基坑边坡,两种有限元方法得到的安全系数和滑动面结果一致,且滑动面形状随基坑土体强度的降低保持不变。对于采用土钉支护的基坑边坡,两种有限元方法得到的安全系数结果一致,不同阶段下滑动面形状和位置不同,这主要是由于在强度折减时,仅仅对土体强度参数进行折减,而未考虑土钉自身强度的降低。最后指出,在应用强度折减法时,是否考虑土钉自身强度的折减有待进一步研究。     

基于空心圆柱仪试验的各向异性软黏土基坑抗隆起稳定分析

已有研究表明,天然黏土的强度表现出明显的各向异性,但其规律未能经过严格的试验验证。基于空心圆柱仪（HCA）的杭州原状软黏土试验结果,对 法进行修正,提出大主应力方向为任意方向剪切时土体的强度公式。假定基坑开挖引起的土体滑动破坏模式为Prandtl模式,利用上述强度公式,得到基坑抗隆起稳定的塑性上限解。结合算例,讨论了土体强度各向异性比、挡墙入土深度比、墙底下卧硬土层深度、挡墙粗糙度等因素对基坑坑底抗隆起稳定的影响。采用该方法分析杭州某失稳基坑实例,通过与已有方法的结果对比,验证了所提方法的合理性。研究表明,不考虑土体强度各向异性和基于 各向异性公式的抗隆起分析都将高估杭州软黏土基坑的抗隆起稳定性。