某工程坑中坑塌滑原因分析及加固设计

基坑支护结构设计中,坑中坑的设计直接影响到基坑支护结构的安全和经济,况且不少基坑支护结构的工程事故与坑中坑的不合理设计密切有关。结合某土钉墙基坑支护结构失稳的工程实例,分析了基坑支护结构失事的根本原因,提出了基坑支护结构的加固设计方法,同时也提出了基坑支护结构设计中坑中坑的设计方法,研究了基坑支护结构与坑中坑之间的相互制约和相互影响。研究表明,坑中坑对地下室基坑支护结构的整体稳定性影响较大,而基坑支护结构对坑中坑中的支护桩的内力影响相对较小。     

软土地区坑中坑对基坑围护体水平位移影响分析

通过对软土地区某基坑工程实践进行有限元数值模拟,分析了排桩、重力坝两种基坑围护形式下大型坑中坑里面内、外坑之间距离对两坑围护体水平变形的影响。计算数据表明,内外坑距离越大,外坑围护体水平位移越小,当距离大于2~3倍内坑深度后,围护体水平变形可以不用考虑坑中坑的影响。内外坑距离越大,内坑围护体水平位移越小;内坑围护体水平变形受外坑围护体刚度影响,外坑围护体刚度越大,内坑围护体变形越小。     

软土地基坑中坑支护体系温度效应的数值分析

环境温度变化导致基坑支护结构内支撑轴力和变形过大的问题不容忽视。本文以福州地铁6号线潘墩站坑中坑工程为例,选取该基坑代表性区段采用ABAQUS程序及邓肯-张模型对其开挖和支护全过程进行三维有限元模拟,并将分析结果与现场部分监测数据进行对比,验证了所建模型及其材料参数取值的可靠性。同时,利用所建模型着重分析当地可能的季节或昼夜温差变化幅度内支撑轴力及围护墙水平位移的变化规律。结果表明：基坑开挖完成后,温度变化时支撑轴力与温度呈线性相关关系,轴力变化主要体现在内外坑的首道支撑上,此时围护结构整体向坑内或坑外运动,且地连墙侧移受温度影响范围主要集中在基坑开挖深度以上。不同开挖阶段的温度变化引起的温度效应相差较大,潘墩站最不利工况发生在最后一道支撑架设完毕后,此时地连墙水平位移增量及轴力变化幅度最大,温度效应最明显。该研究成果对类似软土基坑工程具有重要的理论和实践意义。     

上海软土坑中坑型基坑围护的等效深度计算法

坑中坑型深基坑工程日益普遍,但由于临近基坑挡土墙边的坑中局部深坑对大基坑的变形和稳定性产生影响,现今在坑中坑工程设计中选取大基坑计算深度时依然面临难题：若取外坑坑底是冒险,而取内坑的坑底又偏于保守。针对有支撑挡墙的坑中坑型深基坑的外坑围护墙体的设计,在考虑各种不同情况下的内坑与外坑相对位置、内坑开挖宽度和内坑开挖深度的基础上,提出了等效深度的概念和等效深度系数、等效影响角的参数,并论证了这种等效的可行性。同时,由于等效深度的确定将外坑围护墙体的设计问题等效为常规的基坑围护墙体设计,对坑中坑型深基坑工程外坑围护墙体设计、施工具有实际参考价值。     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

桩锚支护结构水平位移的简化算法

桩锚支护结构在基坑和边坡围护工程中有着广泛的应用,设计阶段对支护结构的水平变形作出准确预测意义重大。根据国内多地基坑工程围护墙变形实测结果,建立桩锚支护结构水平位移的计算模型和计算假定,计算基坑围护墙在各外力作用下的变形,利用弹性叠加法得出桩锚支护结构围护墙深层水平位移表达式,联立锚杆刚度方程求解出其中的参数,最终得到水平位移的简化计算结果。该简化算法适用于围护墙底变形较小的桩锚支护结构计算,通过温州某基坑工程实例对比,围护墙变形计算结果与实测数据较为吻合,验证了该简化算法的适用性。     

坑中坑基坑等效计算深度初探

基坑工程中的坑中坑问题是一个非常普遍但又没有进行深入研究的问题,如何将坑中坑设计等效为常规设计是一个具有现实意义的难题。基于外墙最大墙体变形的等效原则,分析了等效方法的可行性,并通过对坑趾系数X、内外坑开挖宽度比扒内外坑开挖深度比卢的分析,就等效计算深度的公式进行了初步探讨。     

环形超深基坑围护结构受力变形特性分析

结合上海世博500 kV变电站超深基坑实际工程,采用平面应变及轴对称弹性地基有限元分析模型对基坑围护结构的空间效应进行简化,分析了环形基坑空间效应、内衬墙以及水土压力模式对围护结构受力变形特性的影响,并与实测结果进行比较。结果表明,环形基坑围护结构的空间效应对其受力变形特性影响很大,在计算过程中必须考虑围护结构环向刚度对径向刚度的贡献;内衬墙作用类似于环形支撑,对地下连续墙受力及变形是有利的;地下连续墙水平位移实测值最接近于侧压力系数1.0的轴对称有限元分析结果;地下连续墙环向应力和弯矩实测值位于按规范水土分算与侧压力系数1.0的轴对称有限元计算结果之间。     

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。     

微型桩与帷幕的不同位置对复合土钉墙力学性状的影响分析

基坑工程中微型桩和止水帷幕的复合土钉墙是常用支护结构型式之一。在支护结构设计和施工时布置微型桩与帷幕的位置具有随意性,普遍忽视微型桩在帷幕内外不同位置对于支护结构力学性状的影响。依托济南某基坑工程,通过现场测试和数值模拟的对比分析,获得微型桩在帷幕内外两种位置条件下支护结构位移、土钉内力等变形及受力特征。分析结果表明,微型桩的位置不影响支护结构变形和内力的总体趋势;无坡顶荷载时,微型桩位置不同产生的差别不大;存在坡顶荷载时微型桩位于帷幕内侧时支护结构变形较小,土钉受力更合理,建议实际工程优先采用。     

支点法分析桩锚体系及基于监测的参数反演

以变形作为控制条件的基坑支护结构设计是一个十分复杂的工程问题,由于支点法具有计算模式明确、过程简单的优点,受到广大工程设计人员的欢迎。但是,支点法中土抗力系数卅的选取是工程界的一大难题,在支点法计算中m值选取的准确性直接影响支护结构位移和内力的计算结果,所以将支点法建模及反分析方法应用于实际工程,在开挖过程中考虑了支撑变形的非线性,开发了FORTRAN程序对支护结构进行了反演计算。通过反演分析m值并预测支护结构的变形,实现支护动态设计信息化施工。结果表明,位移反分析法进行深基坑工程中的参数反演与位移预测取得比较好的效果,说明该方法在深基坑开挖反演、预测方面是合理可行的。     

柔性支护黏性土基坑非极限被动土压力研究

经典的Rankine和Coulomb土压力计算理论均建立在土体达到极限平衡状态的基础上,并不适用于位移需要严格控制的基坑工程。以柔性支护的黏性土基坑边坡为研究对象,考虑边坡土拱效应、非极限状态下柔性支护结构与土体间内摩擦角以及黏聚力发挥值、土体内摩擦角以及黏聚力发挥值的影响,从黏性土应力莫尔圆出发,采用微层分析法建立静力平衡,搜索边坡土体潜在滑动面,推导柔性支护黏性土基坑的非极限被动土压力计算式。通过实例计算对比分析了本文计算理论与经典Rankine计算理论,推导公式计算得到的被动土压力小于Rankine计算值19%,合力作用位置低于Rankine计算值,作用位置距桩底距离较Rankine计算值小1.5%,计算得到的潜在滑动面为一水平倾角随深度逐渐减小的曲面,潜在滑动面范围小于Rankine极限状态滑动面。     

填土相对密实度对加筋土挡墙的影响研究

自加筋土出现以来,由面板、筋材、填土组成的加筋土挡墙被广泛研究并应于道路、铁路等土建工程中。填土的压实对加筋土挡墙的变形、土压力及筋材拉力等影响显著。为研究填土相对密实度对加筋土挡墙的影响,进行了3组不同相对密实度的离心模型试验,通过试验数据分析得到以下结论：相对密实度越大,墙体变形越小,特别是加载期变形量;压实可增大面板附近土体约束,使水平土压力大于设计值;试验挡墙设计较保守,筋材填土界面摩擦系数小于设计值;筋材面板之间连接拉力分析表明,连接拉力实测值小于测试土压力。     

强风化软硬互层岩质高边坡监测与数值模拟

强风化软硬互层岩质高边坡属岩质边坡特殊情况,其结构面组成及性质复杂,与支护结构相互作用的复杂程度较高,相互影响较大,顺倾结构面临空等情况下破坏可能性很大。以兰永一级公路某深挖路堑边坡的治理工程为依托,对边坡支护过程中及支护结束后的锚杆应力、锚索内力、坡体位移进行了原位监测,并利用岩土分析软件PLAXIS,采用节理岩模块对该边坡工程进行了数值模拟分析。监测及模拟结果表明：该边坡由节理裂隙与岩层面形成折线形潜在滑面,且具有相同滑动可能性的潜在滑面不止一个;支护结构穿透组成滑面折线的任何折线段部分均对结构面稳定有显著影响,但支护结构穿透泥岩面对结构面的影响较穿透节理裂隙更大;支护锚索预应力变化具有一定规律,预应力变化过程对坡体位移及支护结构内力具有一定影响;坡体的主动变形对支护结构内力的影响较坡体被动变形大,结构面产生滑动趋势对坡面位移影响的敏感程度较支护结构内力影响的敏感程度低。该边坡支护稳定,支护设计合理,可为同类边坡支护设计提供相应建议。     

圆形深基坑排桩框架支护结构算法

圆形深基坑工程在我国西南地区渐有出现,在其中的以砂卵石地层为主的地区深基坑支护结构型式多为排桩结合多道圈梁构成的排桩框架结构,但实践中一直没有合适的结构计算方法.针对工程实际的迫切需要,基于结构力学分析方法,提出了确定圆形深基坑排桩框架结构内力和变形的理论计算方法,即按多跨连续梁和弹性地基梁模型分段分析围护桩内力与变形,并考虑桩梁变形协调分析圈梁内力及变形,推导出了围护桩和圈梁的内力及变形理论计算公式.开展了模型试验研究,结果表明,桩顶侧向位移理论值与试验值分布规律整体上具有相似性,说明了理论计算方法具有一定的合理性.最后,给出了一具体实际工程的排桩和圈梁的内力及位移分析结果.     

抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用

抗滑桩作为加固滑坡体的一种有效措施,与其它抗滑工程如抗滑挡墙、锚杆等相比,其具有抗滑能力强、施工安全简便,并能进一步核实地质条件等突出优点。现已广泛应用于边坡工程中。文章回顾了抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用情况。主要内容包括:抗滑桩内力计算方法研究(如有限差分法、双参数法、改进的悬臂桩法、有限元法);抗滑桩工作机理研究(如桩-土共同作用研究、基于土拱效应的桩间距确定);对抗滑桩设计优化方法的研究进展、抗滑桩在相关工程中的应用情况。文章最后对抗滑桩应用于边坡工程时,可能的研究方向提出一些新的思考,期望对后续的研究工作起到一定的抛砖引玉作用。     

基坑预留土台的简化分析方法研究

利用有限元软件对基坑预留土台对围护结构的内力及变形的影响规律进行研究,并对预留土台作用下围护桩的内力及变形的简化计算方法进行探讨。分析结果表明,预留土台的存在对减小围护桩的内力及变形具有显著的作用,且随着预留土台宽度、高度的增大,围护桩的内力及变形呈明显的减小趋势,但当预留土台宽度增大至约1倍开挖深度时,围护桩的变形逐渐趋于稳定。当计算预留土台作用下的围护桩变形及内力时,先利用弹性地基梁法计算该开挖深度下的围护桩的变形及内力,然后乘以预留土台的面积折减系数,即可得到预留土台作用下的围护桩变形及内力。经实际工程验证,采用该简化计算方法可较为简便地计算预留土台作用下围护桩的内力及变形。     

肋柱式锚杆支挡结构的徐变次内力分析

采用老化徐变理论和等效弹性模量法,对肋柱式锚杆支挡结构的徐变影响提出了具体计算方法,并通过实例计算了支挡结构的徐变次内力。计算结果表明,在逆作法条件下,随着开挖深度的加大,岩土侧向压力也增大,使后期施工的混凝土构件产生的徐变次内力也随之增大;考虑徐变后使结构设计更加安全可靠,尤其坡脚处后期浇筑的混凝土构件,更要关注徐变的影响。     

非极限主动土压力计算方法初探

针对未达到极限位移的刚性挡土墙,提出了一种简单可行的主动土压力计算方法。根据反映墙后主动区土体应力-应变性状的卸荷应力路径试验确定的应力-应变关系,建立非极限状态摩擦角与墙体位移的关系。对于未达到极限位移的挡土墙,结合已取得的位移与摩擦角之间的关系,采用与滑裂面相平行的微条对墙后滑动楔体进行划分,对微条进行受力分析,建立平衡方程,推导了滑裂面的倾角,从而得到非极限主动土压力计算公式。随后与一例模型试验数据作了对比分析,计算值与实测值基本吻合,仅在墙下部1/3墙高范围内存在一定的差距。研究表明,所提出的计算方法能够用于计算处于非极限状态下挡土墙的土压力,具有一定的理论意义和工程参考价值。