上海中山医院基坑逆作法施工时间效应分析

软土具有流变性,因此,分析基坑开挖时需要考虑时间效应。逆作法施工时,由于出土条件和结构施工条件的限制,导致施工周期延长,因此,基坑施工的时间效应尤为显著。以上海中山医院工程为例,考虑软土流变效应,建立有限元模型对逆作法基坑的施工过程进行模拟,分析了施工期间各工况的围护和土体的内力与变形性状,并与实测结果进行了对比分析。结果表明,考虑土体流变的分析方法能较好的模拟逆作法施工的时间效应,并合理地反映基坑开挖过程对围护以及周边环境的影响。逆作法基坑施工过程复杂,开挖周期相对较长,应合理安排施工流程和施工速度,以达到控制围护结构及土体变形、保护周边环境的目的。     

应力路径对软土应力-应变特性影响试验研究

采用应力-应变控制式三轴仪对福州市区某基坑影响范围内典型饱和软土进行了一系列应力路径试验,以研究受基坑开挖和支护结构作用影响的土体卸、加载应力-应变特征。对室内正常固结和相同围压K0固结的试样剪切试验结果进行了比较,表明二者在变形和强度上均存在较大差异。基于K0固结剪切试验结果,求出了邓肯-张模型参数,提出了该模型各参数的验证方法。同时,与室内正常固结试验确定的模型参数进行了对比,说明部分参数之间存在着较大差异,也决定了二者应力-应变关系上的差异,建议以K0固结试样进行三轴加、卸载试验确定邓肯-张模型参数,以满足该模型在基坑工程数值模拟分析中的需要。试验得到的典型软土的邓肯-张模型参数,可供福州市区或相似地层条件下基坑工程数值模拟时参考     

开挖卸荷状态下深基坑变形特性研究

深基坑开挖时因为卸荷作用会引起土体强度一定程度的降低,土体强度的降低会引起支护结构上土压力的变化,利用卸荷前土体强度指标进行土压力计算势必会小于实际情况,从而导致土体及支护结构变形计算值与实测值有一定的偏差。在深基坑开挖时,仅采用施工监测等手段进行事中控制是不够的,必须预先对变形值的发展规律做出模拟和预测。为探索深基坑开挖时,卸荷作用对基底土体和侧向土体强度特性和变形特性的影响规律,结合天津富力响锣湾大型基坑开挖,对开挖过程中土体基底回弹情况、支护结构以及周边土体的变形情况进行了全过程监测,利用试验结果数据计算出天津市富力响锣湾大型基坑开挖项目的卸荷强度参数,为后续数值模拟计算参数的选取提供了依据;利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,分别采用原状土的强度参数和卸荷参数对开挖过程中土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形情况进行了模拟,研究了两种情况下土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形规律,并将有限元模拟结果与监测结果进行了对比。研究发现,本工程土体卸荷后的扰动区在基底以下3～4 m范围,强度折减可达到20%～35%,根据卸荷比确定了周边土体强度折减为10%～15%;有限元模拟结果与实测值基本一致。通过分析可以看到,考虑基坑开挖卸荷作用是符合工程实际情况的,因此,建议在深基坑开挖设计时考虑土体的卸荷效应。该分析方法可为同类深基坑设计提供参考。     

基坑开挖对其周边土体变形规律数值模拟和现场试验研究

以兰花路地铁车站基坑开挖工程为研究对象,利用FLAC^3D有限差分元软件建立了围岩应力三维计算模型,采用数值分析和现场试验相结合的手段,对距基坑边缘不同距离、开挖深度不同深度及随时间变化土体水平位移变化规律展开研究。研究表明：由数值模拟结果分析,位于基坑边缘距离10 m之内的土体为高影响区,位于基坑边缘距离10m之外的土体为缓影响区;根据现场试验可得,随着时间的往后推移,相对应的开挖深度逐渐增大,水平位移值逐渐增大,且在前期增长速度较快,其中为凸字形曲线的为正常曲线,较为安全。结合数值模拟结果及现场检测结果,获得基坑开挖过程周边土体时间和空间范围内土体变形规律,为工程作业过程提供降低土体坍塌等安全隐患的范围。     

滨海新区浅层软土卸荷变形性状试验研究

天津市滨海新区的城市开发建设正步入高速发展阶段,出现了大量的深基坑工程等地下工程,工程建设的需要使得针对滨海软土各种性状尤其是卸荷性状的研究成为必然。通过对天津市滨海新区浅层淤泥质粘土原状饱和试样进行的一系列ko固结不排水三轴卸荷试验,研究土体卸荷路径下的变形特性。试验表明,滨海新区浅层土体的变形性状与应力路径密切相关。在侧向及竖向卸荷条件下土样的应力-应变曲线均可用双曲线函数模拟,且土体初始卸荷模量随固结围压的增加而增加;侧向与轴向卸荷条件下,滨海新区浅层软土均有着比较明显的归一化性状,其应力-应变关系随着固结围压线性变化。     

黏弹性地基中基坑开挖对邻近桩基变形影响的时域解

目前就软土基坑开挖卸荷对邻近桩基变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,很少考虑时间效应对桩-土相互作用的影响,但实际工程中软土在开挖情况下具有较为明显的流变效应。从地基黏弹性角度出发,采用两阶段法研究了黏弹性地基中基坑开挖与邻近桩基相互作用的时域问题。第1阶段基于Boltzmann黏弹性模型推导出Mindlin时域解,用于分析黏弹性地基中基坑开挖引起的邻近桩基处的土体附加应力;第2阶段采用Pasternak地基模型分析桩基与黏弹性土体之间的相互作用,并求得考虑流变效应的桩基水平变形的简化时域解。最后,采用大型有限差分软件对相关工况进行数值模拟,并将数值模拟结果与简化时域解进行对比分析,得到了较好的一致性。此外,也针对Boltzmann黏弹性模型参数(体积模量、剪切模量、黏性系数)、桩径、基坑开挖深度、桩与基坑间距和基坑开挖尺寸进行了影响因素分析。分析结果表明,所得出的简化时域解能较好地反映基坑开挖对邻近桩基水平变形的影响,以及桩基变形随时间的发展趋势,可为相关实际工程提供一定理论依据。     

近铁路基坑通风井段变形特征及其机制分析

针对长春某地下车站深基坑工程,深入研究了基坑开挖过程中近铁路侧通风井段险情的发生过程及其致险机制。通过分析通风井附近桩身水平位移、桩顶水平位移、支撑轴力以及铁路道轨两侧路肩沉降差,探讨了通风井段基坑变形过大的原因;采用ABAQUS有限元软件对该基坑的施工过程进行数值模拟,分析了通风井段基坑施工险情的发生机制。研究结果表明,通风井段基坑变形过大是由岩土体过度应力释放和基坑变形空间效应共同作用导致。由于通风井处阳角的存在,且施工过程中通风井段基坑未架设斜撑,致使该处基坑变形的空间效应显著,坑壁产生指向通风井的扭转变形;开挖速度过快、支撑安装不及时和岩土体中过度应力释放导致围护桩变形过大,使基坑的稳定性变差。     

某软土地区深基坑开挖数值模拟分析

以某软土地区深基坑开挖为背景,运用有限元方法计算模拟了基坑开挖的不同阶段,分析不同工况下基坑及周围土体的变形和受力情况,并对不同施工方式下基坑变形和受力进行了对比分析。数值分析表明软土地区深基坑开挖时,需采取相应的施工措施,控制基坑变形和受力,确保工程安全顺利进行。研究结论可为类似工程提供借鉴与参考。     

深基坑超挖施工围护结构变形分析

在处于具有流变性土层的深基坑工程施工过程中,时有发生超挖未能及时设置支撑的现象,由于土的蠕变特性,导致围护结构变形急剧增大。通过弹粘塑性本构模型的二次开发,对软土地区深基坑施工过程中的正常开挖及时支撑和超挖两种情况进行数值模拟,分析深基坑围护结构变形随时间的变化规律及深基坑的安全性状,以达到有效控制基坑变形和保护周围环境的目的。     

河湖相软土区某深基坑开挖变形特征分析

为研究在昆明市河湖相软土地区的复杂地质条件下，基坑开挖施工过程中的变形特征，以昆明市某地铁站深基坑的工程实例为背景，结合基坑开挖施工过程中支护结构及周围土体变形监测数据，运用MIDAS/GTS NX有限元软件，建立三维模型进行全过程整体的数值模拟分析，对比数值模拟结果和监测数据。结果表明：数值模拟结果与监测数据相比，两者结果差值较小，变化趋势基本一致，验证了有限元数值模拟软件在软土地区深基坑工程中运用具有可行性；地连墙顶竖向位移和墙顶附近土体沉降受基坑坑底软土隆起的因素影响较大；各监测点变形均小于控制值；基坑周边土体沉降和地连墙体变形符合基坑开挖变形规律，验证了基坑设计支护的合理性。研究结果可为昆明河湖相软土地区基坑工程提供经验借鉴。     

改进Koppejan蠕变模型及其应用

将基于固结试验建立的Koppejan蠕变模型应力-应变-时间关系改进为增量形式,并泛化到三维应力空间,建立了改进的Koppejan蠕变模型。基于ABAQUS软件对改进模型进行二次开发,采用上海软黏土的长期固结试验结果对模型进行验证,结果表明,Koppejan模型能较好地描述上海软黏土的蠕变特性,且改进Koppejan模型的计算精度比经典Koppejan模型高,两种模型应用于淤泥质粉质黏土的计算效果均比粉质黏土好。将改进Koppejan蠕变本构模型应用于某高速铁路桥梁桩基长期变形的三维有限元分析,与现场实测沉降的对比表明,改进Koppejan模型能较好地应用于实际工程的长期变形计算,且计算效果较好。     

软黏土层一维有限应变固结的超静孔压消散研究

根据土力学固结理论计算分析软黏土层固结过程的超静孔隙水压力值,确定软黏土体固结过程的强度增长,对排水固结法处理软土地基至关重要。软黏土层固结过程中土体变形较大时,有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土固结所得结果差异较大。利用非线性有限元法及程序,通过对软黏土层固结工程算例的计算结果分析,研究了有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土层一维固结超静孔压值消散的差异;探讨了软黏土体一维固结过程中,几何非线性、土体渗透性变化和压缩性变化对超静孔隙水压力消散的影响。研究结果表明,当土体的变形较大时,有限应变固结理论计算出的超静孔压要比小应变固结理论得到的值消散的更快。考虑土体固结过程中渗透性的变化时,超静孔压消散变慢;可用软黏土渗透性变化指数ck 反映渗透性变化对超静孔压消散的影响,渗透性变化指数ck值越小、超静孔压消散越慢。固结过程中软黏土压缩性的大小及变化也影响超静孔压的消散,可用软黏土的压缩指数cc反映固结过程中压缩性的大小及变化对超静孔压消散的影响,软黏土的压缩指数cc越小,固结过程软黏土层中的超静孔压消散越快。     

Undrained creep failure of a drainage canal slope stabilized with deep cement mixing columns

This paper presents an analysis of the slope failure of a Suvarnabhumi drainage canal during construction. The Suvarnabhumi drainage canal project includes a large drainage canal with a road on both sides. The width of the bottom of the drainage canal is 48.0 m, the depth of the drainage canal is 3.0 m, and the length of the drainage canal is 10.5 km. Because the project was constructed on very soft Bangkok clay, deep cement mixing (DCM) columns were employed to increase the stability of the excavated canal. The failure of the drainage canal slope occurred 25 days after the end of excavation. The field monitoring data show that lateral movement of the canal slope continuously increased with time, which caused failure due to the instability of the canal slope. The time-dependent deformation and undrained creep behavior of very soft clay was suspected to be the cause of the canal failure. A laboratory investigation of undrained creep behavior and a finite element analysis (FEA) using the soft soil creep (SSC) model were performed to confirm the causes of the canal failure. The results indicate that very soft clay specimens that are subjected to deviator creep stress levels of 70 and 100 % of the peak strength failed by creep rupture within 60 days and 8 min, respectively. The factor of safety for the canal slope, which was obtained from the FEA, shows significant reduction from the initial value of 1.710 to 1.045 within 24 days after the end of excavation due to the effect of undrained creep. This paper also describes a solution method that is applied to a new section of the canal. Field monitoring and an FEA of the new trial section were performed to prove the effectiveness of the solution method.     

软土深基坑变形性状的时间效应研究

扩展比奥固结理论的应用范围,研究土体固结及蠕变对基坑的影响.利用ABAQUS有限元分析软件,计算某实例基坑的有限元值,分析深基坑超静孔压和围墙水平位移的变化规律.结果表明,考虑到时间效应的有限元值更接近连续护墙水平位移实测值.     

软土地基桶形基础循环累积变形研究

针对软土地基桶形基础在循环荷载作用下的变形问题进行研究。首先, 通过桶形基础循环模型试验获得在动、静荷载作用下地基的破坏特性。然后,从模型土池中取土样,进行不固结不排水（UU）循环三轴试验,测其循环累积应变特性,建立了累积应变与其相关因素间的关系。最后,采用有限元的方法模拟模型试验,将循环累积变形等效为蠕变,在理想弹塑性的基础上加入蠕变来计算循环荷载作用下桶形基础的变形,并与模型试验结果进行比较。结果表明,软土地基桶形基础在循环荷载作用下的变形与静力下的蠕变有相似的特点,桶形基础循环累积变形可以用等效为蠕变的方法计算。     

A large-scale excavation in soft Holocene deposit and its elasto-viscoplastic analysis

In the present study, the large-scale excavation in the construction is numerically back-analyzed using a soil–water-coupled finite element method with an elasto-viscoplastic model which considers the strain-induced degradation. The measurements of the deformation have been performed during the construction of a new railway station in Osaka, Japan, in which a large and deep excavation has been successfully carried out using a special deep mixing type of soil improvement method with earth retaining walls through the thick Holocene Osaka Umeda clay deposit. A comparison between the numerical results and the measurements of the excavation at Osaka shows that the simulation method can reproduce the overall deformation of the soft ground and the earth retaining walls including the time-dependent behaviour during the excavation and a deep mixing soil improvement method as an additional technique for stability are effective.     

人工冻土黏弹塑性本构参数反分析研究

通过大量的人工冻结黏土蠕变试验研究,获得在高偏应力下人工冻结黏土具有显著的蠕变特性：当应力水平较低时,人工冻土发生黏弹性蠕变变性;当应力水平较高时,人工冻土发生黏塑性蠕变变性。因此,以西原模型为基础,增加一个黏弹性元件项和用抛物线屈服函数代替塑性屈服项,构建了高应力下抛物线型黏弹塑性蠕变本构模型。改进的西原模型可以较好描述人工冻土剪切蠕变特性。基于小生境技术的遗传算法和人工冻土黏弹塑性模型有限元理论,在FEPG（有限元程序生成器）自动生成平台上研发了位移反分析程序。利用现场实测数据对深井冻结井筒开挖过程进行了位移反分析,获得了与试验相一致的冻土本构力学模型参数,数值分析结果与实测数据之间的误差在6%以内,反演结果验证了模型的可行性。冻结井筒开挖过程的位移反分析获得的人工冻土本构模型参数,能反映冻结壁施工过程和有效冻结范围内冻土本构参数平均值,因而具有广泛的代表性,对冻结壁应力场、位移场和稳定性预测具有重要工程意义。     

饱水黄土隧道变形规律研究

新松树湾隧道位于饱和的砂粘土中,土体的稳定性极差,施工难度较大。为此,在隧道施工期间,通过土工试验、隧道收敛和围岩内部位移的现场监测、隧道变形的三维有限元仿真计算等手段,对该隧道的变形规律进行了系统研究,获得了大量试验数据。研究成果对隧道的施工组织和支护参数的确定起到了重要作用,为此类隧道的施工积累了经验。     

连云港软土蠕变特性及其工程应用

为了研究软土的蠕变固结特性,进行了一维的固结蠕变压缩试验。得到了连云港软土的蠕变特性。以参数Cα/?e100分析了次固结对固结过程的影响。把饱和粘性土骨架视为粘弹性体,提出了一种划分主次固结的方法,并且,此方法可以应用于实测资料进行主次固结划分。     

改进的西原模型及其在ADINA程序中的实现

通过对现有流变模型的分析及大量的冻土单轴蠕变试验表明：可以用非线性牛顿体替代线性牛顿体对西原模型进行改进。利用Mises屈服准则推导出用于数值计算的黏弹塑性材料柔度矩阵,并成功地添加到了ADINA有限元程序中。通过对淮南某深表土冻结井筒开挖过程的数值模拟和现场实测数据对比表明：改进的西原模型用于深井冻结壁的有限元计算分析是可行的。