基坑开挖中渗流-应力耦合模拟

根据基坑工程施工实际情况,基于地下水渗流的基本规律以及岩土体受力的本构模型,建立了在应力场和渗流场耦合作用下基坑受力的力学模型,通过有限元方法模拟了基坑开挖过程中周围应力场及渗流场的变化规律。计算结果表明：在设置挡土墙并及时排水情况下,随着开挖的进行,基坑周围的土体变形增大,挡土墙前的土体发生沉降,墙体最终发生变形,基坑底部土体向上隆起,在基坑角落处水头梯度较大,发生应力集中,容易导致工程事故,必须谨慎处理。另外,基坑在降水时内外水头差过大将会引起墙体承受过大压力,基坑周围沉降会更大,这样不利于墙体和周围建筑安全。     

坝基集中渗漏通道的温度场反分析与试验研究

渗漏是严重影响堤坝安全的主要形式,确定渗漏通道的位置是进行堤坝渗漏整治的前提和基础。温度场探测堤坝渗漏的研究是其中一种较便捷的方法,但是在理论上还需要进一步完善。在库水和地下水存在着温度差异的基础上,考虑堤坝发生集中渗漏后,渗漏通道中的地下水与周围土体进行热量交换,造成渗流通道附近地层温度发生改变,建立起温度场对渗漏通道的反演模型。在前人研究的基础上,考虑地温梯度的影响,可以建立有集中渗漏通道影响下的二维热传导方程,进而以现场测井的温度数据作为边界条件,对泛定方程进行求解,最终得到渗漏通道的位置。计算结果和实测结果的对比表明,通过温度场反推渗漏通道参数的方法是可行的。     

浅部厚层粉性土分布区大面积浅基坑围护工程实践

浅部厚层粉性土分布区的浅基坑工程,由于围护体系不能有效隔断含水层,致使基坑坑内降水具有三维渗流特性,当土质较差或周边环境复杂时,基坑设计与施工将面临严峻挑战。以上海市崇明区某大面积浅基坑工程为例,探讨了基坑降水与围护结构体系在基坑安全方面的相互关系,据此推出将基坑围护结构、止水帷幕与基坑降水统筹考虑的一体化设计思路。介绍了围护结构、降水管井及悬挂式止水帷幕深度确定的方法和依据,强调了围护方案技术交底的重要性。基坑开挖及监测数据表明,采用悬挂式止水帷幕+坑内管井降水结合放坡或重力式挡墙进行基坑地下水控制与围护的方案是可行的,能够取得良好的工程效果。     

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。     

岩土基坑开挖过程中的周围土体渗流-应力耦合模型

传统渗流-应力耦合模型仅考虑土体的各向同性特征,忽略了工程中应力与渗流的非线性影响,导致计算结果与实际情况偏差较大,由此,设计一种岩土基坑开挖过程中的周围土体渗流-应力耦合模型。搭建测试装置,利用瞬态试验法测定岩土基坑周围土体渗透率,分析岩土基坑周围土体基质块微观结构,得到土体变形方程并求解;从宏观角度分析土体应力,得到应力边界的面力结构,构建土体渗流-应力耦合模型。根据实际情况设定工程边界条件,选择某建筑工程中岩土基坑作为分析实例,测试结果表明,该模型计算结果与实际情况的误差低于0.2 m,可以为岩土基坑开挖提供参考。     

软土基坑隔水帷幕渗漏检测技术

隔水帷幕渗漏是影响软土基坑稳定性的关键问题。针对隔水帷幕渗漏检测技术,开展了数值模拟和物理模型试验,深入研究了不同采集装置类型三维电阻率法和探地雷达法对渗漏异常的反映能力及在探测剖面上表现出来的异常特征,给出了判断帷幕是否渗漏和确定渗漏点位置的解释方法。结果表明:温纳装置、偶极装置和温纳-施龙贝格装置都能有效反映渗漏点的存在;降水后帷幕未发生渗漏时,与基坑外侧软土含水层相比,内侧软土层电阻率表现为高阻异常;帷幕渗漏后基坑内侧底部软土层电阻率降低,外侧电阻率升高,并呈现漏斗状异常,两侧低阻异常与帷幕的交叉点可正确指示渗漏点位置;帷幕发生渗漏后,基于基坑外侧的探地雷达探测剖面中会出现双曲型反射波同相轴,通过其顶点可确定渗漏点的位置。研究结果证实了两种地球物理手段开展软土基坑隔水帷幕渗漏检测的可行性。     

基坑降水对声纳渗流检测精度的影响分析

随着声纳渗流检测技术在水文地质勘探中的应用,其测量结果精度的高低对获取的水文地质参数的准确性起着至关重要的作用。文章依托南宁某基坑工程,采用现场试验方法,同时考虑天然流场和人工流场,分三个阶段对基坑止水帷幕进行声纳渗流检测,对比不同阶段渗漏缺陷暴露的情况,同时根据渗透流速量级变化判断其检测结果精度的高低,并在实际工程中验证其准确性。研究结果表明:不同降水阶段的渗透流速大小变化显著,基坑地下水位降深每增加10 m,声纳检测到的渗透流速平均提高1~2个量级。其原因为降水导致基坑内外水头差增大,水力坡度的增加使渗漏缺陷附近的渗流场发生变化,高水头作用下渗透流速变化明显,渗漏缺陷定位更加精准,声纳检测精度也越高。可见,抬高基坑内外水头差对墙体渗漏缺陷的精准定位十分必要。因此,在对基坑止水帷幕采取声纳渗流检测时,建议将地下水位降至基坑底板以下,以提高检测结果的精度,有效探测止水帷幕渗漏风险。     

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。     

采用分层地基系数的多支撑支护结构分析

以土层分层、支撑位置及抗弯刚度变化处等为结点对围护墙体进行单元划分，按地基系数法考虑开挖面下被动土体横向抗力．基于单元挠曲微分方程的初参数解．通过传递矩阵分析方法，结合围护墙两端及支撑轴力的边界条件．推导得多支撑支护结构各开挖工况下围护墙各结点的内力、变形及支撑轴力。编制了计算程序，并以上海太平洋广场一期工程基坑开挖为例进行分析计算。该法可用于求解上层分层、围护墙刚度随深度变化等情况．能更好地符合工程实际问题。     

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。     

深基坑工程监测项目的选择及方法研究

深基坑工程在施工过程中会引起围护体系结构内力的变化和位移,基坑内外土体变形和周边建(构)筑物的位移而发生意外,通过施工监测对得到的各种信息进行分析,及时发现问题,为施工提供及时的动态信息,以便制定应变(或应急)的措施,保证基坑及结构施工安全,达到动态设计及信息化施工的目的。该文根据不同基坑类型确定基坑监测的项目选择及监测方法的研究。     

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。     

支撑点位置变化对基坑支护的影响分析

采用比和渗流奥固结理论和修理剑桥模型,将平面有限元法应用于上海地区软土基坑围护体系的受力及变形分析。用编制的电算程序计算支撑点位置变化的各种工况,并进行深入分析,总结出支撑点位置变化对挡墙位移和桩身内力的影响规律,可为基坑支护方案设计提供参考。     

降雨对非饱和残积土中基坑受力变形影响的机理研究

花岗岩残积土在非饱和状态下的工程性质良好,但其极易受到降雨影响。厦门石鼓山西通道项目的实测数据表明,降雨入渗引起残积土中基坑围护桩变形显著增加。本文采用PLAXIS有限元软件建立数值模型,通过瞬态渗流分析,探究降雨入渗加剧非饱和残积土中基坑变形的机理。结果表明,降雨入渗会显著加剧非饱和残积土中基坑变形,降低基坑的稳定性,其原因是降雨入渗使基坑内外土体饱和度增加,基质吸力降低,进而导致土体抗剪强度减小,同时导致主动土压力增大。相比于低渗透性土,饱和渗透系数较高的残积土层中基坑持力层土体强度更易受到降雨的影响。墙后土体应力路径表明,降雨过程土体所受剪力基本保持不变,基坑变形增加较小,降雨后的清淤开挖使桩后土体达到临界抗剪强度,导致基坑变形急剧增加。     

基坑开挖及桩基施工对围护结构变形的影响分析

以北京通州某深基坑工程为例，分析基坑开挖卸荷、基坑锚杆施工、基底CFG桩和抗拔桩施工对基坑围护结构和周边环境的影响。结果表明：基坑围护结构及基坑周边地表随着基坑的开挖、围护锚索和基坑内工程桩的施工出现典型的先上浮后沉降的趋势，应力重新分布现象明显。具体表现为基坑开挖卸荷初期引发围护结构及基坑周边地表上浮，随着基坑开挖深度的增加，在基坑侧向位移和基坑锚索竖向分力作用下，围护结构及基坑周边地表开始下沉；在基坑槽底施工CFG桩和抗拔桩削弱了护坡桩嵌固区被动土压力，基坑降水导致土体有效应力增加，产生附加固结沉降，在基坑地下水渗流的联合作用下，围护结构及基坑周边地表呈现二次加速下沉；基坑开挖和基础桩施工对桩顶水平位移和锚索轴力影响较小。根据分析结果，建议类似基坑增加嵌固深度、调整被动土压力区打桩顺序，将有利于围护结构及基坑周边环境变形控制。     

内部侵蚀对地下结构影响的数值分析：在隧道渗漏问题上的应用

当地下水从衬砌接缝或裂缝进入隧道时,土体中的细颗粒会在渗流作用下从土体骨架上脱落流入隧道内,这种现象被称作内部侵蚀。然而,当前对隧道渗漏问题的研究中,并没有考虑土体细颗粒流失对隧道结构及周围土体的影响。因此,在连续介质力学框架下开发了一个两相四组分模型,以描述内部侵蚀过程及其引起的土体孔隙度、细颗粒含量及渗透系数等变化;结合一个与颗粒级配相关的非关联临界状态弹塑性本构模型,将细颗粒含量的变化与土体孔隙率、密实度及临界状态线的空间位置相关联以考虑内部侵蚀对土体力学性质的影响。研究结果表明,本模型可以描述隧道渗漏引起的侵蚀区域的时空演化全过程,而基于孔压降低的分析方法会低估渗漏引起的衬砌内力和地层变化。此外,研究还发现三维条件是准确模拟土体内部侵蚀过程的一个重要因素。     

SMW工法在珠江三角洲地区的应用

SMW工法是一种广泛应用于基坑围护、软基处理、筑堤等领域,以多轴型钻机在钻掘的同时在钻头处喷出水泥浆液与地基土反复混合搅拌,然后插入H型钢,在水泥土固结后与型钢共同作用形成具有一定刚度和强度连续的墙体施工方法。本工程南面距现有建筑物近,基坑开挖深度大,其他各种施工方法无法在不破坏土体的前提下形成围护墙体。结合工程实例介绍了SMW工法桩的设计、施工过程、工程检测及质量控制要点。应用表明,SMW工法具有工程造价低、工期短、环境污染少等优点,具有挡土和止水的双重作用,在珠江三角洲地区的基坑围护、软弱地基处理等工程中具有重要的应用价值。     

冻融作用对不同初始状态基坑稳定性的影响研究

为研究季节冻土区冻融作用对基坑工程的影响,基于考虑冰-水相变的热传导理论、考虑黏聚力的修正剑桥模型和强度折减法,建立了适用于季节冻土区基坑稳定性分析的计算平台。在此基础上,结合具体的试验数据对不同初始状态的基坑算例进行计算,研究季节冻土区基坑冻融前后稳定性和位移的变化情况,并根据土体冻融前后的物理力学参数对上述变化规律作出分析。研究结果表明,冻融作用加剧季节冻土区基坑的局部变形,且土体的初始干重度对变形规律的影响较大,但基坑的整体安全系数并未受到冻融作用的显著影响。存在一个临界干重度γ_d0,基坑土体的初始干重度接近临界干重度时,围护桩水平位移在冻融前后的变化较小,随着土体初始干重度与临界干重度的差距增大,围护桩水平位移在冻融前后的变化量也随之增大。土体的初始干重度越小,基坑围护桩的竖向位移和坑底隆起位移在冻融前后的变化量越大,即土体初始干重度较小的基坑在经历冻融后,围护桩的竖向位移产生显著沉降,但坑底隆起情况有明显缓解。研究成果对季节冻土区基坑工程的设计和施工具有重要意义。     

地铁车站基坑围护结构变形监测与数值模拟

以某城市大型地铁车站基坑为研究背景,对基坑围护结构及其变形监测方案进行了设计,并对基坑围护结构变形的现场监测数据进行了分析,重点分析了基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律。建立了弹塑性有限元模型,并对地铁车站深基坑开挖进行施工仿真模拟计算,将获得的围护结构变形结果与监测结果进行了对比分析,再引用多种围护形式对基坑变形进行敏感性因素分析。结果表明：钢支撑+围护桩的围护形式对基坑土体的侧向变形有较好的限制作用,有限元数值计算结果与现场实测结果比较一致,有限元计算的结果是可信的,改变钢支撑的施作位置对限制基坑的侧向变形有重要作用。随着围护桩入土深度的增大,土体向基坑内侧变形的趋势有所减缓。     

基于有限元法对深基坑围护桩水平位移的分析

利用有限单元法,通过有限元程序来进行模拟计算。将所研究问题假定为平面应变问题;岩土体为理想弹塑性模型,采用平面四节点等参单元,遵循适于岩土的Drucker—Prager屈服准则;桩与岩土体之间通过设置接触单元来模拟基坑围护桩桩与岩土体的相互作用,重点分析建筑物与基坑的不同距离、基坑围护桩的刚度变化和围护桩底端土体物理力学参数变化时基坑开挖对围护桩变形的影响。