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。     

复杂地质条件下基坑开挖与回填工程的数值模拟研究

在深港西部通道深圳侧接线工程填海区基坑工程中,开挖与回填过程中的不均匀沉降问题是该工程设计与施工中的关键技术难题之一。在综合考虑复杂地质条件、结构自身的约束条件以及结构与土体之间相互作用的基础上,采用非线性有限元方法对基坑的开挖与回填过程进行数值分析,研究其变形特性与规律,为工程开挖与回填设计提供重要参考的同时,也验证了该数值模拟方法的合理可行性。     

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。     

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。     

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。     

基坑开挖土层及支护结构稳定性数值模拟研究

为研究在软黏土地层中基坑开挖过程中土层的稳定性,本文采用三维有限单元软件,以成都某基坑项目为工程背景,研究了基坑开过程中土层的稳定性,得到了以下结论：(1)在基坑开挖土体应力还未调整时,地面的水平位移相对较小。在基坑长边的中点地面水平位移最大,位移最大值为12.43 mm,距离长边中点越远,土体的水平位移越小。(2)在基坑开挖应力完全调整后,地层的水平位移显著增大,坑土体最大水平位移为76.70 mm,且受扰动即水平位移较大土体的体积也显著增大。(3)当施加钢拱架支护后,基坑周围土体的水平位移得到了有效地控制。此时基坑周围土体的最大水平位移值分布在3.67～5.27 mm区间内,满足相关规范的设计要求。     

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。     

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。     

渗流作用对基坑坑底回弹变形的影响

在地下水位较高的地区开挖基坑时渗流作用是普遍存在的。假定坑内外地下水渗流为一维稳定的条件,推导了坑内外被动区和主动区的水头计算公式,并结合算例分析了渗流对坑底被动区的有效应力和坑底回弹变形的影响。研究表明,渗流作用使得坑底的有效应力减小,进而引起坑底土层回弹量增大。     

K0应力路径试验在上海地区工程勘察中的应用

上海地区在进行软粘性土的变形特性试验时,勘察过程中极少进行对原状土在不同应力路径下的变形及强度试验研究,这使得报告中提供的参数不能很好地和基坑开挖卸荷过程中土体地层的实际相吻合。本文以上海市徐家汇某深大基坑项目为例,在勘察阶段进行K0应力路径三轴试验,试验内容为对选取的代表性土样进行加荷、卸荷及再加荷,并记录各阶段的应力应变及变形模量。对试验结果的分析表明,应力路径对软粘性土的影响较明显,K0应力路径可以较为真实地反映土体在天然状态下进行基坑开挖过程中的变形特性。建议以后在对变形敏感的深大基坑工程中加强推广应用。     

基坑竖向位移监测与地表沉降分析

基坑工程作为一项综合性的工程项目,其质量好坏直接影响到后续的工程建设,最重要的影响因素就是岩土和地下水,二者带来了很多不确定性。通过对聊城公共交通集团调度中心工程基坑开挖过程中出现的土体渗流、沉降变形等问题的分析,并提出合理的解决方案,得出以下结论：软土地层止水帷幕不宜采用单轴搅拌桩;软土地层蠕动变形强烈,已施工锚杆易产生预应力损失,应随时检测,拉张补强。     

深井降水对支护结构土压力的影响

在目前深基坑开挖过程中,一般要采用降水措施以保证基坑干燥,便于施工。基坑降水会引起基坑内外地下水渗流,地下水状态随之改变,同时也会引起土的物理、力学性质的改变,直接影响作用于支护结构上土压力的大小。传统的水土合算和水土分算是两种极端的处理方式,在基坑降水过程中,根据具体土层选择适当的降水模型,并考虑渗流的影响,对挡土结构的设计具有重要意义。     

某水利枢纽厂房大型基坑开挖渗流研究

渗流,特别涉及到自由面或浸润线的确定是岩土工程的重点和难点问题。借鉴砂土坝的渗流分析方法,采用经典分段组合法理论得到基坑开挖边坡渗流简化模型Ⅰ。在此基础上将土层分层,应用土层分界面上的渗流折射定律,得到简化模型Ⅱ。分别求解两种模型得到正常水位和最大水位条件下的渗水量,与工程实际的渗水量进行对比发现,计算渗水量大于实际渗水量,这是由于忽略了围堰对渗水的阻隔作用。在正常水位条件下,模型Ⅱ的结果优于模型Ⅰ。     

超大沉井基础取土下沉刃脚土压力变化规律研究

依托常泰长江大桥主塔沉井基础工程,采用三维有限元方法,模拟了大型沉井首次取土下沉阶段刃脚土压力的变化过程,并结合现场刃脚土压力实测数据,分析了沉井下沉工序对刃脚土压力分布的影响以及取土过程中刃脚土压力的变化规律。现场监测结果表明：刃脚实际土压力变化规律基本上佐证了数值模拟结果。井孔内取土导致取土区域沉井刃脚处土压力下降,取土区域刃脚土压力随取土厚度的增大而逐渐降低,土体压应力转移至尚未取土区域的刃脚处。在由内井孔向外井孔区域取土的过程中,刃脚土压力向外井孔刃脚区域转移,导致外井壁和外隔墙区域刃脚土压力逐渐增大,直至达到其极限承载力,外井壁区域土体进入塑性状态,沉井出现明显下沉。给出的沉井刃脚处土压力的变化规律可为同类大型沉井可控下沉提供指导。     

湖底深基坑围护结构变形与受力特性研究

基坑围护结构是基坑安全的重要保证。通过三维有限单元模拟,考虑地下水渗流的影响及结构与土体之间的相互作用,对某湖底明挖隧道基坑支护结构在施工过程中的变形和受力变化规律进行研究,并与现场监测结果进行对比验证。结果表明:围护结构的不同部位对基坑开挖的响应规律并不一致;水平向支护结构受开挖影响,向坑内倾倒,竖直向桩体随开挖应力重分布影响中段发生弯曲变形,总体稳定。模拟变形结果与监测结果较为一致,验证了基坑围护结构的有效性和模拟计算的准确性。研究结果为基坑后续施工提供了参考依据。     

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。     

深基坑PCMW工法开挖过程离散元数值模拟分析

深基坑稳定性问题是重要的工程问题,其中,有效支护结构是保证基坑工程顺利实施的基础。本文引入离散元法,提出了基坑及支护结构建模和数值模拟方法。采用紧密堆积离散单元构建模型初始地层,引入了离散单元团簇模型来构建表面较为光滑的管桩。以南京某深基坑工程为例,采用三维离散元模拟软件MatDEM3D构建几何模型,并根据土体的力学性质设定相应单元的力学参数。数值模拟中,通过预平衡操作实现土层的压实,进而模拟了基坑开挖过程中土体和管桩的变形。将数值模拟结果与实测监测数据进行了对比分析,评价了基坑支护结构的有效性。这种基坑离散元数值模拟方法在基坑开挖过程的稳定性预判和支护结构的有效性评价上具有潜在的应用前景。