土体本构模型及简化模型对基坑开挖变形数值分析结果的影响

基于大型商用专用软件的数值模拟方法已成为基坑开挖稳定性分析的重要手段之一,但对变形的分析研究较少。通过分析基坑开挖引起的地表沉降变形、基坑侧壁水平位移及坑底隆起变形,研究ABAQUS软件内置土体本构模型及二维简化分析模型对基坑开挖数值模拟结果的影响,并给出基坑开挖三维模型简化成二维模型的适用条件,为基于ABAQUS软件的基坑开挖稳定性分析及变形数值模拟提供参考。     

渗流作用下河岸深基坑支护结构稳定性分析

河水径向渗流会对河岸基坑稳定性及支护结构内力产生显著影响。以某深基坑工程为背景进行了三维流固耦合数值模拟分析,研究了渗流对深基坑土体及支护结构受力与变形的作用规律。研究结果表明：1初始水位时,渗流作用对土体水平应力与土体剪应力的影响较小,但水位上升后,坑底处土体水平应力明显增大,在坑壁拐角处应力集中现象突出,土体剪应力在开挖面以下的底脚处最大;2土体水平位移与竖向位移均在水位上升时呈递增趋势;3桩身弯矩与剪力在水位上升初期有较大增加,之后增长速度减小;4上层、下层锚杆的自由段和锚固段轴力在水位上升初期均有明显增加,但之后增加幅度很小;5安全系数在水位上升初期降低较多,之后以较小速度呈线性减小。     

宁波市地下水位动态与地面沉降预测分析

为了准确预测分析宁波市地下水位动态与地面沉降的发展趋势,建立了宁波市第四纪松散沉积层孔隙地下水流三维数值模拟模型和地面沉降与地下水位多元线性回归模型,预测了2009年底到2020年底的逐月地下水位动态和逐年地面沉降量的变化特征.结果表明,从2013年起,除山区沟谷孔隙潜水地下水位降落漏斗逐渐扩大外,其余孔隙水的地下水流场基本趋于稳定,地下水位年际变化很小,年地面沉降量也逐渐变小,由2012年的5.62 mm/a逐渐下降到2020年的5.54 mm/a,由地下水位下降引起的地面沉降基本得到控制.     

库水降落作用下无基坑振冲土石坝的渗流安全分析

无基坑振冲加密施工是一种比较先进的土石坝建筑方法。以海南省三亚市西部的宁远河中下游河段的大隆水利枢纽工程土石坝为研究对象,对其进行准确分区,以饱和-非饱和渗流理论为基础,通过三维有限元数值方法,模拟库水下降作用下的土石坝渗流场,并对各级水位下的孔压、流速及流向进行分析,评价大坝的渗流安全。研究结果表明：采用无基坑振冲加密施工方法后,坝体内填砂砾振冲层形成上游排水通道,在坝前水位骤降工况下,防渗土料内有效流速方向和渗透压力的方向由近水平的指向坝面变为竖直向下指向填砂砾振冲层,而且有效流速明显变大,利于渗透水通过填砂砾振冲层排到下游,有利于上游坝体稳定。     

应力加载作用引起地下水微温度场变化的研究综述

在地震地下流体动态观测中,水温对地震活动的响应非常敏感,井水温度微动态观测越来越受到有关学者的关注。本文收集了相关资料,以引起水温变化的水动力学机制为基础,从应力加载作用下渗流场的变化、渗流场变化引起地下水温度变化以及裂隙介质热量运移三个方面分别阐述了前人研究成果,旨在理清“含水层受力变形→井-含水层系统内水流变化→井水温度变化”的理论模式,探讨应力加载作用引起地下水微温度场变化的理论基础和技术途径。对这一领域研究成果的综合分析将有助于我们深入地研究地震孕育过程中的前兆成因机理。     

地下水在地震前兆应力场演化过程中的作用

采用应力场与渗流场耦合的三维数值模拟方法,通过干模型和湿模型的对比,研究了地下水在地震前兆应力场演化过程中的作用。研究结果表明, 地下水的存在,不单增加了前兆应力场时空演化的流变性,并促使应力向断裂带聚集,而且还增加了震前的破裂水平。尤其是在短临阶段,这种作用更加显著, 但随深度的增加,地下水对应力场分布的影响作用逐渐减小。     

考虑卸荷变形模量的坑底回弹变形计算方法

针对基坑开挖卸荷导致坑底土体回弹变形问题,考虑开挖卸荷过程中土体弹性模量随着卸荷应力路径变化的特征,推导在卸荷应力路径作用下土体变形模量的计算公式,考虑基坑的开挖为地表以下基坑开挖面处应力的变化,基于Mindlin应力解计算矩形基坑开挖卸荷引起的坑底土体附加应力,采用分层总和法计算基坑开挖引起的坑底土体的回弹变形,结合已有文献中的工程实例,采用该方法计算开挖引起的坑底隆起变形,并与实际监测数据对比分析表明,该方法能够有效预测基坑开挖引起的坑底隆起变形,能够作为基坑开挖坑底隆起变形的一种有效预测方法。     

松散承压含水层水位的同震响应实验与数值模拟

为深入理解井水位同震响应机理,本文开展了向完整井-松散含水层系统输入由不同频率和振幅（加速度）组成的正弦波荷载的振动台实验。以实验模型为物理模型,建立了振动作用下松散承压含水层中孔隙水压力响应的流固耦合模型和含水层水流与井流的相互作用模型,并运用多物理场耦合模拟软件COMSOL Multiphysics对实验过程进行了数值模拟。实验中观测到的四种典型水位变化形态与野外场地同震井水位变化形态相似。数值模拟结果显示,本研究建立的数学模型能较好地反映松散承压含水层中孔隙水压力和水位的响应情况。本文研究对解释地下水同震响应机制、岩体渗流稳定性和安全问题具有重要意义。     

地铁站施工荷载对软土地表沉降的数值分析

目前我国软土地区城市地下空间迅速发展,高层建筑的深基坑、地下轨道交通地铁车站及隧道区间的建设带来了一系列岩土工程问题。针对目前施工中的问题,本文结合宁波软土地区某地铁站深基坑工程,揭示随着地铁深基坑分层降水、分步开挖和分步支撑的施工步序,触发地面沉降的机理。采用有限元软件FLAC建立了考虑施工步序的宁波某地铁车站深基坑计算模型,计算分析不同施工步序下的地表沉降。研究结果表明,不同施工步序对地表沉降的影响作用不同,其中降水的影响作用随着开挖的加深而增强;在深基坑的开挖过程中,基坑外侧20m范围内的土体沉降急剧变化,工程技术人员比较重视,而20~30m范围内的土体沉降差异较大,也易引发工程事故,对此不容忽视;控制基坑外侧土体的水平位移能够有效减小地表沉降,保护周边建筑和市政管线。     

辽宁营口沿海地区某深基坑工程数值模拟的分析

软土地区基坑开挖产生大量的支护结构变形和周围土体变形,通过Midas有限元分析软件对营口某深基坑工程进行数值模拟,结合工程实例监测数据验证数值模拟计算结果的准确性。通过分析数值模拟各节点位移数据,总结双排桩支护结构和型钢水泥土墙支护结构对应的挡墙顶部位移及周围土体沉降位移的变化规律,分析发现:1基坑工程变形均存在空间效应,但基坑工程开挖深度不大时,空间效应并不明显;2基坑支护挡墙变形与结构抗弯刚度和开挖深度有关,增加开挖深度或降低结构刚度均导致基坑变形的增加;3锚索结构对于控制基坑变形的效果明显,在今后的工作中应针对不同的工程情况,灵活运用,充分发挥锚索结构的降低变形能力。     

国内外地面沉降现状与研究

系统地介绍了国内外地面沉降的现状、引起沉降的原因、地面沉降的机理和地面沉降灾害预测与监测。特别针对上海地区随着大规模的城市建设产生的由工程环境效应引起的地面沉降及其监测与研究做了阐述。     

燃气泄漏爆炸作用下基坑动力响应分析

为研究燃气泄漏爆炸对基坑的影响,采用TNO多能法对燃气泄漏爆炸荷载进行计算,然后将爆炸冲击荷载作用于基坑周边一定范围内。首先假定不同开挖阶段燃气突然发生爆炸,然后通过ABAQUS有限元软件对不同开挖阶段下的爆炸进行数值模拟,研究不同开挖阶段燃气泄漏爆炸对基坑变形的影响。研究结果表明,每步开挖完后,爆炸荷载对基坑水平位移影响显著,而对坑内土体回弹量影响不明显。另外,每步开挖完最后一道支撑尚未安装的情况下,爆炸荷载对基坑支护结构的影响更为显著。     

The possible hydrologic effects of the proposed lignite open‐cast mining in Drama lignite field,Greece

The present study investigates the possible hydrologic effects of the proposed lignite open‐cast mining in Drama lignite field (north Greece). Recent years have seen a rapid increase in surface mining. This activity has generated a growing concern for the potential environmental impacts associated with large scale surface mining. In order to achieve a safe mine operation and allow extraction of lignite to considerable depths, extensive dewatering by pumping will be necessary, while at the same time it is desirable to avoid presence of overpumping conditions in the broader area. Based on stratigrafic, hydrologic and hydrogeologic data, a three‐dimensional finite difference model was developed in order to simulate the dewatering process of the western part of the lignite open‐cast mine in Drama and to predict both spatially and temporally the decline of ground water level down to the lignite surface. The dewatering of the part of the aquifer which underlies the mine area will influence the hydrological conditions of the broader region. The most important anticipated effects will be the abandonment of shallow wells as well as the decrease of ground water pumping rates of deep wells. Aquifer discharge towards the ditches of the study area will cease and there will be an inversion of ground water flow from the ditches towards the underlying aquifer. Dewatering activities will probably result in minor subsidence of the nearby peat deposits of Drama Philippi marshes. Moreover, sand pumping as well as the presence of gasses is likely to cause local subsidence phenomena, mainly in the pit slopes. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

CFG桩基坑内施工对基坑周围环境稳定性的影响

在地下工程中,由于天然地基承载力不足,带有地下室的主体结构采用CFG桩复合地基。因为CFG桩长螺旋钻施工设备限制,地下室底板下的CFG桩必须在深基坑开挖一部分后进行施工。在某深基坑工程中,随着CFG桩的施工,基坑周围地表出现明显开裂现象。为探究其原因,结合该基坑工程实例,利用FLAC3D软件,通过数值模拟分析考虑渗流作用下CFG桩基坑内施工对基坑周围地表变形的影响规律,并把计算结果同实际监测数据进行对比分析。研究结果表明:CFG桩在部分开挖基坑内施工的快速取土作用对基坑内被动土压力区产生扰动,削弱原有的被动土压力,导致基坑周围土体变形。基坑周围地表变形的影响范围超出2倍基坑深度的监测范围,因此,部分开挖基坑内施工CFG桩的基坑工程周围环境的监测范围应在满足国家规范要求的基础上适当增大。根据计算结果建议类似基坑工程监测范围距基坑边缘的距离采用基坑开挖深度与基坑底面以下CFG桩长之和。类似基坑工程设计应加大支护结构和止水帷幕深度,施工时从基坑内部向外部隔桩跳打,并适当增加工期,将有利于降低由于CFG桩基坑内施工对基坑周围土体的影响。     

湖相沉积典型软土HSS模型参数取值研究

数值分析被广泛用于研究复杂环境下深基坑开挖变形,但本构模型及模型参数选择对计算结果合理性影响较大。比较分析多种本构模型的特点,硬化土小应变(HSS)本构模型能很好对软土场地基坑开挖引起的变形进行预测,但HSS模型参数多且取值困难。湖相沉积软土在昆明分布范围广,但针对此类土,特别是有机质含量及含水率较高的泥炭质土的HSS模型参数如何取值无相关研究。针对这些问题,对大量土工试验及取原状样进行室内试验资料进行分析,研究得到几个刚度参数间的经验取值关系,获得湖相沉积典型软土层的HSS模型参数。为检验HSS模型及相关参数取值的合理性,运用PLAXIS 2D数值分析软件,对软土场地的两个地铁基坑建立数值模型,计算在不同开挖工况下引起的基坑变形,并与实际变形监测值进行对比分析,两变形吻合较好,从而验证研究结果是合理可靠的,且研究结果对于深基坑支护设计、岩土工程研究及勘察等具有重要的参考价值。     

两明挖隧道基坑先后开挖对其下地铁隧道的影响评价

基坑开挖会对下卧运营地铁隧道的围岩应力造成重分布,进而可能引发隧道结构产生变形及内力变化,影响地铁隧道的正常运行。故一个合理的施工方案以及充足的保护措施对基坑开挖和隧道保护显得尤为重要。以广州某工程为例,利用有限元软件Midas GTS模拟实际施工工况,动态分析了两明挖隧道基坑先后开挖对其下卧地铁5号线隧道的影响。分析结果表明:两明挖隧道基坑先后开挖所引起的叠加效应会对地铁5号线隧道结构造成影响,但应力变化量均很小,不足以对地铁隧道的结构安全性造成影响。其分析成果可为优化设计和施工提供有益的参考,为类似工程提供借鉴。     

Three-Dimensional Numerical Investigation of Pore Water Pressure and Deformation of Pumped Aquifer Systems

Excessive groundwater withdrawal has caused severe land subsidence worldwide. The pore water pressure and the deformation of pumped hydrostratigraphic units are complex. A fully coupled three-dimensional numerical simulation was carried out for different pumping plans in this paper. When groundwater is pumped from a confined aquifer, the great compaction occurs in the pumped aquifer and its upper and lower adjacent aquitard units. Land subsidence is smaller and the area affected by land subsidence is greater when groundwater is pumped from the deeper confined aquifer. The pore water pressure in the pumped confined aquifer changes immediately with pumpage. In the adjacent aquitard units, however, the pore water pressure increases in the early pumping time and decreases in the early recharging time. The decrease in the pore water pressure vertically spreads from the interface between aquitard and pumped aquifer to the other surface of the aquitard. The pumped aquifer compacts and rebounds immediately with pumping and non-pumping or recharging actions, while the compaction and rebounding of the aquitard units clearly lag behind. The compaction of the adjacent aquitard unit first occurs near the interface between aquitard and pumped aquifer units, and the compaction zone spreads outward as the pumping goes on. The aquitards may expand vertically within some zones. Due to the inelastic deformation of soil skeleton, different pumping plans result in different land subsidence. For the same net pumpage, maximal land subsidence and horizontal displacement are the smallest for constant discharge and the greatest for recharge-discharge cycle.