深基坑开挖卸荷对下卧既有地铁隧道的影响分析

长沙田汉大剧院地下空间商业项目一期基坑工程位于地铁1号线某区段正上方,坑底距隧道顶的最小距离约为6.2m。基坑坑底位于圆砾层中,地下水较丰富,考虑到降水对周边环境的影响,基坑工程采用封闭式止水帷幕并设置抗浮锚索。基坑开挖、降水引起的土体卸荷、地下水渗流,以及施工的抗浮锚索,共同影响坑底土体回弹,从而对下卧地铁隧道产生影响,如何分析与计算其影响成为该项工程的重点和难点。为此先通过两种常用的回弹变形估算方法计算坑底回弹量和隧道隆起位移;然后利用MIDAS GTS有限元软件建立三维数值分析模型,分别进行3种工况的模拟,包括不考虑地下水渗流影响并不采用抗浮锚索工况,考虑应力渗流耦合但不采用抗浮锚索工况,考虑应力渗流耦合并采用抗浮锚索工况。对比分析表明:帷幕渗透率较低时,考虑应力渗流耦合与不考虑渗流影响的坑底回弹和隧道隆起位移模拟结果基本一致;规范推荐估算方法在合理修正其卸荷应力,并确定合理的卸荷影响深度后,其计算结果与数值模拟结果相近。所得成果可为优化设计和施工提供有益的参考,并为类似工程提供借鉴。     

基于Mindlin解的基坑分层卸荷附加应力计算及回弹变形的多因素影响分析

基于Mindlin应力解提出分层开挖条件下深大基坑底部土体卸荷附加应力计算方法,并在分层总和法计算回弹变形时考虑了基坑开挖过程中土体回弹模量与附加应力的非线性关系。计算结果表明:受分层卸荷作用深度的影响,大部分深度范围内分层开挖下土体卸荷附加应力小于一次性开挖,且在坑底以下3倍基坑深度范围内两者差值较为明显;基坑面积相同时,长条形基坑坑底卸荷附加应力小于正方形基坑;该方法结合当层法后可用于分析坑底加固对土体卸荷附加应力及回弹变形的影响,即随着加固体回弹模量或厚度增大,卸荷附加应力与回弹变形均减小,且回弹变形减小的幅度也相应递减。通过对杭州火车东站西广场项目的分析,验证了该方法的合理性,并基于参数分析提出了加固体回弹模量与厚度的等效设计方法,对实际工程具有指导意义。     

悬挂式止水帷幕深基坑减压降水的简化计算方法

采用悬挂式止水帷幕结合坑内减压降水的墙-井系统可有效减小坑内降水量或坑外水头降深。将基坑按面积相等等效为井壁进水的大直径承压水非完整井,幵令流入井内的水量等于止水帷幕内坑底承压水含水层内的竖直向渗流量,以此建立坑内减压抽水量与坑外承压水头降深的关系式。该理论公式计算结果在止水帷幕插入比大于0.6且基坑半径与承压含水层厚度之比小于2.0时与有限元计算结果比较接近。因未考虑渗流方向变化时的水头损失,数值计算结果和工程案例实测数据均表明理论公式计算结果偏大。利用参数分析研究承压含水层渗透系数各向异性、基坑平面面积、止水帷幕插入长度等因素对减压降水的影响规律。坑内减压抽水量或坑外水头降深与墙-井系统三维渗流场有关,渗流场越接近竖向渗流,坑外水头降深越小,水位接近初始状态。相比数值分析,理论公式简便直观,可用于减压降水的初步分析。     

基坑底分层回弹量的实用计算方法

基坑开挖后的卸载会引起基坑的回弹,基坑开挖越深,则回弹量越大,较大回弹量会造成各种工程问题。现有回弹量计算方法需要进行专门的回弹试验或特定应力路径试验以确定回弹计算所需的模量。为了避免进行专门试验,特研究了应用常规试验所得模量与常用Mindlin解和Boussinesq解相结合,得到一种计算回弹量的简便可行方法。通过对Mindlin解和Boussinesq解计算所得应力,与e- 模型和Duncan-Chang模型的变形计算方法进行组合,得到4种计算方法,然后应用分层总和法计算求解基坑的回弹量,通过与实测值对比,比较4种组合计算方法的精度,得出更适合于工程实际应用的、准确性更高的基坑回弹量计算方法。经3个工程实例检验,推荐采用Mindlin解和e- 模型分别计算应力和模量,再应用分层总和法累加变形量,可得到与工程实测值非常相近的坑底总回弹量和坑底分层回弹量。     

考虑主应力轴旋转的基坑开挖应力路径研究

首先对应力路径的概念进行丰富和扩展,提出考虑主应力轴旋转的三维应力路径,然后采用数值方法,对基坑开挖过程中的应力路径进行了深入分析,研究了基坑内外各种应力路径及其规律,结果表明：开挖过程中无论横向还是竖向,应力路径都表现出卸荷特性,且坑内卸荷量大于坑外卸荷量,使得坑内应力变化及主应力轴旋转较坑外大;随着离基坑中心距离的增大,坑内应力变化减小,主应力轴旋转趋缓;开挖过程对坑外应力变化及主应力轴旋转的影响随离围护墙距离的增大而减小。坑内应力路径总体表现为平均压应力p减小,广义剪应力q减小,主应力轴偏转角? 增大;坑外应力路径总体表现为p减小,q增大,? 增大。最后归纳出基坑开挖过程中坑内与坑外的典型应力路径,以指导基坑工程实践设计分析和室内试验模拟。     

一维向上渗流作用下多层地基有效应力性状研究

研究了一维向上渗流作用下多层地基有效应力的计算问题,推导了有效应力的计算公式,讨论了有效应力性状。定义了渗流有效应力的概念。渗流作用下土层有效应力由两部分组成：一部分是自重有效应力,它由重力引起,体现了静水压力的影响;另一部分是渗透有效应力,由土层水头差产生,体现超静水压力的影响。一维向上渗流作用使土层的有效应力减小。一维向上渗流作用下多层地基有效应力沿土层厚度呈线性分布,在土层层面处发生转折。多层地基有效应力计算的关键是确定土层层面处的有效应力,而确定土层层面处的有效应力的关键是计算各土层的水头差。文后给出了实例计算。     

二维各向异性岩土介质中渗流分析的等参有限元方法

为了建筑环境的保护,软土地区基坑围护中的坑内降水与坑外水位保持常是一对矛盾的课题.而坑内外的水位差,极易形成止水结构两侧的渗流运动.对饱和各向异性、水平延伸、厚度大致相等、且存在一、二类边界时的承压含水层中的承压水二维非稳定流渗流问题,本文推导出了二维、各向异性渗流等参有限元方程,用以进行基坑围护止水结构附近渗流场分析,并给出了算例.     

上海地区基坑开挖卸荷土体回弹变形试验研究

通过对上海地区某基坑工程坑底不同深度土样进行一系列K0固结不排水三轴卸荷试验,对上海地区不同深度土层随基坑开挖卸荷变形性状进行研究。研究不同深度的不同土层在两种典型卸荷应力路径下的变形特性,分析了回弹率及回弹模量与卸荷比的变化关系。结果表明,软土的初始卸荷模量Ei及最大回弹率 不仅取决于土层性质,还与所经历的不同卸荷应力路径、预压最大荷载等有关,且不同卸荷路径下土体发生强回弹变形的极限卸荷比亦不同     

深基坑整体稳定性分析中的孔隙水压力问题

在深基坑开挖整体稳定性分析中,把孔隙水压力的计算分解成静水压力,动力压力和超静水压力三个部分,对于静水压力,指出了目前工程中简化计算方法所存在的问题,建议按渗流流网的水头梯度进行计算。对于基坑开挖卸载所引起的超静水压力,应根据坑内外土体的应力路径做三轴不排水剪试验确定。此外,对于基坑开挖采用总应力法分析时,应按卸载总应力强度指标计算。     

软土地区桩锚联合支护基坑降水开挖的渗流应力耦合研究

基于某软土地区的桩锚联合支护的基坑项目,结合M idas G T S软件对该基坑进行渗流应力耦合作用下基坑降水开挖过程的三维建模,研究渗流应力耦合下基坑不同工况下的变形规律及支护结构位移变化情况,分析造成该基坑地表沉降及坑底隆起过大的原因.研究结果表明桩锚联合支护能够很好地约束软土基坑的侧向形变,但无法很好控制基坑内土...     

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。     

软土基坑变形失稳形态模拟试验研究

通过不同土性、地下水条件下软土基坑开挖变形失稳的模拟试验, 研究了软土基坑开挖变形发展直至失稳破坏的全过程。通过试验研究, 初步认为软土基坑坑壁在无支护或支护刚度较小的情况下, 其坑壁破坏形态呈抛物线型; 在基坑开挖范围内若存在有砂性土, 且地下水位较高时, 易于发生流砂渗透破坏, 并导致了地表沉陷, 但侧向变形相对较小; 而对于因承压水引起的坑底土体隆起变形, 若不考虑土体的强度特性, 计算结果是偏于安全的。     

基坑工程降水渗流场特性分析

基于Biot固结理论和Terzaghi有效应力原理,采用有限元法对深基坑工程降水渗流场进行应力场与渗流场耦合的数值模拟。结合南京九华山隧道基坑工程降水实例,分析了基坑降水水位线的形状、流速分布及地表沉降规律;比较了降水井不同布置、井深对基坑渗流场及周围地表沉降的影响,其结果有助于进一步了解地下水与土体相互作用机理,并为基坑工程降水井的设计提供可靠的指导。     

深基坑周围地下水渗流破坏影响因素的分析

分析了基底的土层性质、防渗墙的埋入深度以及抽水回灌层位等因素对地下水渗流的影响。根据基坑周围地下水渗流特征,指出了基坑中容易发生渗流破坏的地段,并提出了相应的控制措施。     

某水力枢纽基坑开挖过程渗流耦合数值模拟

岩土工程中存在多种耦合作用,在水利水电工程中,渗流场与应力场的耦合是最重要的。以某水利枢纽厂房基坑开挖为工程背景,比奥固结理论为理论基础,莫尔-库仑准则为土体屈服判据,对基坑开挖过程中渗流耦合进行了数值模拟。计算结果显示：回填后的应力略大于开挖过程中的应力,沉井附近出现一定程度的应力集中。回填前后塑性区变化不大且范围较小,因而土体的屈服破坏不是该工程的重点。由于土体渗透系数大,厂房区地下水位高,基坑开挖过程中渗水量较大,回填后沉井及基坑底部防渗底板的防渗效果显著,因而在基坑开挖过程中防渗排水是该工程的重点问题。     

某水利枢纽厂房基坑开挖渗透变形评估

在对渗流评估方法进行一定探讨的基础上,对某水利枢纽工程坝址区厂房基坑开挖进行了渗透变形评估。结果表明,在坝轴线方向上,无防渗墙时坡面土体在渗透力的作用下是不稳定的,有防渗墙时坡面水力坡降降到0.05以下。在砂卵砾石层与基岩的交界处仍存在略大的水力坡降（值为0.56）,如有水在细砂层、砾质中粗砂层渗出,则有可能出现渗流失稳,但总的说来由于防渗墙使水力坡降已降到很小,出现流土和管涌失稳的可能性不大。     

粉砂地基深基坑工程土体渗透破坏机理及其影响研究

在砂土和粉土地区,渗透破坏是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。基坑工程是由土、水以及围护结构组成的一个复杂系统,影响基坑工程渗透破坏的因素很多。在总结前人对土体渗透破坏与基坑工程渗透破坏模式的研究基础上,结合渗流对土体性质影响的试验成果,提出了考虑渗流、开挖卸荷以及围护结构变形共同作用的基坑工程渗透破坏分析方法,并分析了均质地基基坑工程的渗透破坏模式。将该方法运用于某粉砂地基基坑渗透破坏工程实例,通过有限元数值模拟,揭示了渗透破坏过程及其对围护结构的影响。通过对该基坑工程实例的分析认为,在进行基坑工程设计时不仅需要进行防止流砂、管涌等验算,还需考虑基坑工程整体破坏的可能性。     

受承压水作用的基坑底板临界厚度的确定方法

分析了承压含水层补给区水位上升时承压含水层上基坑底板土层孔隙水压力和有效应力的变化规律。根据基坑底板土的渗透性及其破坏机制,基于弹性力学理论,按受弯拉裂破坏模式和剪切破坏模式计算确定基坑底板土层临界厚度,通过算例和分析,与传统确定临界厚度的计算方法进行了对比。研究表明,提出的基坑底板土层临界厚度的确定方法能考虑土的抗剪强度指标cu和?u以及底板尺寸的影响,比传统计算方法更合理。然而,对于如砂土这类强渗透性土而言,文中方法求解的结果可退化为传统方法的解。     

深基坑工程渗流—应力耦合分析数值模拟研究

为了研究深开挖过程中渗流场与应力场的变化规律及其导致的基坑稳定问题，基于比奥固结理论，并将其扩展应用于弹塑性分析领域，将渗流场水力作用与应力场淹合，并通过有限单元法模型，力求得到深基坑开挖及降水过程中，开挖范围及邻近区域地面沉降等环境效应的基本规律的认识，为深基坑开挖设计与信息化施工提供借鉴。     

支护开挖基底抗隆起的概率分析

基底隆起导致墙后土体位移是基坑失稳的模式之一。本文在分析了引起基底隆起的因素之后，对土性参数的变异特性和分布特征进行了研究。结合上海地区的工程实践，采用极限状态设计方法，对引起基底隆起的因素进行了评价。