基于强度折减法的深基坑桩锚联合支护稳定性分析

运用FLAC软件为辅助平台,对深基坑整个开挖过程进行数值模拟。采用强度折减法分别计算出基坑在无支护、单独护坡桩和桩锚联合支护不同工序下基坑的安全系数。分析得出基坑施工过程中,护坡桩是控制土体位移、保证基坑临时稳定性的控制单元,预应力锚杆是控制基坑整体永久安全性的控制单元,进而对比得出强度折减法应用于分析基坑稳定性是可靠的,可为基坑设计、施工和验收提供参考。     

基坑开挖对既有公路隧道的影响分析和保护措施

昆明轨道交通某地铁车站基坑开挖上跨某高速公路隧道,基坑坑底距隧道拱顶的最小距离为8.0 m,基坑南侧为高陡边坡,环境复杂,施工风险大。为研究基坑开挖对下卧大跨公路隧道结构的影响,提出了考虑土中残余应力和基坑支护结构影响的附加应力计算方法,建立了隧道隆起变形分析的解析计算模型和三维数值模拟验证模型,分别计算了无隧道保护措施、采取地层加固、同时采取地层加固和抗拔桩3种不同工况,研究不同保护措施下隧道附加变形和附加内力的大小、分布形态及其变形控制效果,并与实测结果进行了对比分析。结果表明:隧道附加变形的解析解和数值模拟结果接近,且与实测值吻合较好。基坑开挖对下方公路隧道的影响大,导致隧道出现不均匀纵向隆起变形并明显改变隧道结构受力大小和分布形态,影响范围约4～5倍基坑开挖宽度。注浆加固措施对控制隧道隆起变形和附加内力的效果明显,而设置抗拔桩的效果稍弱。隧道保护措施的改变对隧道结构内力分布形态的影响小。     

直接弹性抗力法及其在隧道初期支护结构计算中的应用

为更加直观地证明隧道初期支护具有单独承载能力的事实,提出直接弹性抗力法原理。直接弹性抗力法以拱(圆曲梁)和弹性地基拱(弹性地基圆曲梁)2段函数分别反映拱部支护结构脱离围岩以及侧壁支护结构压向围岩2段结构的内力及位移,能极大地简化计算过程,较为真实地反映隧道支护结构的应力状态;并结合链杆支座拱、铰支座拱模型,分别模拟实际施工的无分布锚杆影响、有分布锚杆影响但锚杆无切向力、有分布锚杆影响且锚杆有切向力3种支护应力状态,比较全面地概括隧道支护施工可能产生的应力状态,充分证明隧道初期支护具有单独承载能力的理论事实。强调"先柔后刚,先放后抗"属于概念,初期支护变形的主要原因是地基承载力不足造成沉降,锚杆锚固力和喷射混凝土早期强度等严重影响初期支护单独承载;再根据隧道支护结构各种可能的应力状态,提出对隧道初期支护结构细节设计的改进建议,如锚杆与钢架的连接、钢架之间的连接、钢架底脚的处理、锁脚管桩、型钢钢架与格栅钢架的组合结构等,通过实践证明隧道初期支护具有单独承载能力的理论。     

复杂地层扩体锚抗拔性能研究

基于无厚度接触面单元与三维轴对称问题基本假设,以珠三角地区岩土锚固工程常见的中风化泥质粉砂岩与残积粉质粘土为研究对象,对不同设计参数扩大头锚杆受力特性与极限抗拔力进行数值模拟,以分析研究不同介质扩孔锚的承载性状。研究结果表明,扩孔锚扩大头直径与锚固介质强度是影响扩孔锚承载力的主要因素,扩大头长度对扩孔锚承载力的影响不明显,研究结论与模型实验结果相吻合。基于相关研究提出了若干对扩孔锚设计与施工有实际参考价值的建议。     

多层桩锚支护深基坑开挖全过程数值模拟

为更直观地得到桩锚支护基坑在开挖过程中的变形和受力特征，并反馈于实际设计与施工，以珠海市某桩锚支护深基坑工程为例，基于有限差分软件FLAC3D建立精细化数值模型，计算分析各工况下基坑的变形和受力特性。分析结果表明：随着基坑开挖的进行，坑顶地表沉降量逐渐增大，最大地表沉降出现在距桩顶28 m的位置；坑顶地表沉降增速慢，表明预应力锚索的加入对于限制基坑变形具有较好的效果；锚索所需提供的抗拔力随开挖而逐渐增大，且第一级锚索所需提供的抗拔力最大，其次是第三级锚索；使用所建数值模型分析该基坑开挖过程是合理的，计算结果可为实际施工和设计提供参考。     

软岩隧道初期支护沉降变形分析及控制方法

目前存在对软岩隧道初期支护变形的错误认识,造成施工成本的浪费、安全风险的增大、进度被严重制约等不利影响,所以非常有必要对隧道初期支护变形进行研究分析并控制。首先以“矿山法”工程实践证明软岩隧道预留变形量是不必设置的,再通过各种权威文献说明以容许变形来实现围岩自承的观念是对“新奥法”的曲解,是错误的,需要找出支护变形的真正原因并控制。通过总结分析隧道支护常见的6 种位移及其组合,得出为控制初期支护变形需要解决支护底脚地基承载力和支护结构强度2 方面问题。于是建立以“分布锚杆+钢架+喷射混凝土且系统分布锚杆模拟为具有法向和切向作用力的链杆支座的结构力学模型”,可计算出支护结构底脚应力及截面最大应力等值,由此可得出对地基承载力和支护结构强度要求的明确标准,或对改善支护底脚抗力提供数值依据。计算结果表明: 系统分布锚杆能极大地降低支护结构的弯矩、轴力内力和底脚应力,从而增强支护结构的承载力和降低基底应力,使变形和沉降得以有效控制。     

复杂条件下基坑支护结构稳定性分析

某深基坑工程东侧距基坑边缘3m处存在民房,基坑开挖时没有放坡条件,需采用竖直开挖方式,并有良好的稳定性,设计支护结构为桩锚支护。该文分析了该处基坑在采用桩锚支护结构后的稳定性,主要包括锚杆的稳定性、基坑的抗隆起以及抗管涌稳定性,最后得出该支护结构满足稳定性要求的结论,并提出了相应的施工建议,对于类似工程具有一定的参考价值。     

深基坑桩锚支护三维应力应变数值分析

以某商业区建筑的深基坑工程为研究对象，对该深基坑的支护设计及其开挖施工方案进行了研究。通过方案比选，该基坑采用自然放坡，钻孔灌注桩加锚杆作为支护结构型式。运用三维数值方法建立了该工程的桩-锚支护深基坑三维数值模型，对基坑开挖全过程进行了三维非线性数值模拟，将数值模拟结果与其他方法的结果进行了对比分析，结果表明:三维数值模拟结果与经典方法的结果较为吻合，验证了设计方案的合理性与可行性。并运用有限差分法对深基坑工程分步开挖进行三维数值模拟分析，探讨了基坑支护结构的变形机理、特点及工作机理，并将数值模拟结果与理正软件计算结果进行对比分析，讨论两者的异同点。     

小净距变截面隧道横向扩挖施工力学特性研究

以贵阳东站S1、S2线区间隧道为工程背景,对小净距变截面隧道横向扩挖施工过程进行三维数值模拟,研究隧道支护结构变形、受力特性和施工关键工序的稳定性,并就地质强度指标及支护参数进行影响分析。结果表明,横向扩挖关键步序为临时竖撑的拆除,初支受力最危险时期出现在分段拆除临时支撑的阶段,最不利受力点位于拱顶及左拱脚处;当围岩岩性较好时(GSI=45),仅施加临时门架便可控制扩挖阶段的围岩变形,当围岩较差时(GSI=10),需同时施加临时门架及侧墙锚杆;相比无支护方案,封堵墙及加锚能显著减小围岩变形,但随着系统锚杆长度(>4.5 m)及封堵墙厚度的增加,支护效果未能得到明显提升。     

锚碇深基坑开挖过程边坡动态变形及稳定性演化规律研究

结合白洋长江公路大桥北岸锚碇深基坑边坡工程实际,利用理论分析和FLAC3D有限差分法基本原理,建立了有限差分程序FLAC3D数值计算模型,并通过实测数据对数值模型进行验证;通过数值计算应力场及变形场分析,得到了深基坑边坡工程岩体动态变形及稳定性演化规律;结合相关设计规范要求,对锚碇基坑边坡的稳定性进行评价。研究结果表明:锚碇基坑的放坡开挖方式以及支护措施有效地抑制了边坡的变形,且边坡的竖向位移主要集中在边坡坡顶和边坡的坡脚处,水平位移主要集中在边坡中下部的坡脚处;受基坑左右岸边坡放坡角度不同的影响,基坑开挖后不同方向的位移场变形并不对称,同时基坑两侧边坡坡脚处的变形值均较大,因此应加强坡脚处的稳定措施,同时应尽快回填边坡,完成锚碇的浇筑;结合极限平衡理论和强度折减法,研究了基坑边坡在有无支护两种工况下稳定性系数的变化规律,得到了支护后边坡安全稳定性有明显的提高,确定了边坡支护措施的合理性。     

悬索桥地下连续墙—锚碇复合基础协同承载特征分析

传统的重力式锚碇设计方法不考虑围护结构对基础承载力的贡献,随着施工技术与质量的进步,发挥地连墙围护结构承载力贡献的新型复合基础成为新的研究方向。以虎门二桥工程锚碇基础为背景采用有限元软件模拟了锚碇基础的建造过程,分析了缆力施加前后地下连续墙-锚碇的受力与位移变化,验证了地下连续墙-锚碇复合基础协同承载假定。研究表明:地下连续墙的抗剪强度、地下连续墙与周围土体的摩阻力对锚碇基础水平向抗滑移承载力均有贡献;采用地下连续墙作为基坑围护结构的大跨悬索桥锚碇基坑设计可考虑地下连续墙-锚碇基础的协同承载特性。     

原型锚定板挡土墙拉拔试验等效数值模型构建研究

现场锚定板拉拔试验的数值模拟需考虑施工过程中复杂几何特征三维部件之间的多重连接接触和严重的局部大变形,一般的数值模型很难获得理想的收敛效果。本文以某原型多锚定板挡土墙室内试验为数值模拟对象,通过分析锚定板拉拔过程中的力学变形特性,系统提出了锚定板拉拔三维问题平面应变化的思路。首先针对试验砂土—ε_3/ε_1与径向应变—ε_3之间不具有线性关系的特征,修正了邓肯—张E—ν模型;其次基于承载力相等原则,分别建立了锚杆、锚定板的等效计算公式,并进一步基于太沙基地基极限承载力模型对锚定板进行了形状调整;最终建立了锚定板拉拔试验的等效平面应变数值模型,并对四种工况进行了全过程模拟。结果表明:计算值与试验值吻合较好;3种工况下锚定板极限承载力的计算平均值与实测值的误差仅在1%左右。这说明本文所提出的模型等效方案和数值模拟取得了较好的效果,其思路和具体实施方法可为类似工程的数值模拟提供参考。     

基于CFD-DEM耦合分析暴雨作用下砂土深基坑灾变研究

基于CFD-DEM耦合数值模拟方法,结合工程实例,通过变参数分析手段研究了暴雨作用下砂土深基坑的灾变模式,并归纳了基坑底部隆起量、围护结构变形量等变化规律.研究结果表明:暴雨最大渗流速度发生在挡墙墙底处;暴雨渗流作用下,基坑内侧靠近支护结构的土体发生隆起,范围逐渐向横向和竖向发展,挡墙产生侧向位移,最终发生踢脚破坏;深...     

深厚软土地基条件下基坑围护结构设计优化方案

针对佛山地区的深厚软土地基,以荔村站地段基坑开挖为例,分析了基坑围护结构计算模式,根据基坑开挖工况和施工顺序,按作用在弹性地基上的竖向弹性地基梁模型逐阶段计算其内力及变形。对深厚软土地基条件下基坑围护结构选型进行了分析,基坑采用地下连续墙加内支撑的支护形式和明挖法施工。拟设了基坑围护结构尺寸,运用理正深基坑支护结构设计软件进行计算,分析了基底加固深度、连续墙嵌固深度和支撑间距条件对基坑整体抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性和抗隆起稳定性、围护结构水平位移和内力的影响,优化了满足地质条件和设计要求的围护结构设计方案。     

桩锚复合支护深基坑变形的流固耦合分析

深基坑开挖降水过程中,坑内外压力差可能引起严重的工程事故。通过有限元软件MIDAS/GTS,采用渗流应力耦合理论及摩尔库伦模型,结合某桩锚复合支护深基坑工程实例建立三维有限元模型分析了该深基坑工程的变形情况,并与不考虑耦合的基坑变形情况进行对比,主要包括锚杆轴力图、桩剪力图与弯矩图、基坑地表沉降、坑底回弹、侧向位移等。结果表明:在两种不同的有限元模拟条件下基坑变形形态基本一致;总的来说,流固耦合分析引起的基坑变形小于不考虑耦合分析的基坑变形,支护结构的受力变形也较小,更接近实际情况。考虑地下水流固耦合分析对基坑变形的影响不容忽视,对实际工程的设计优化有一定的参考意义。     

深基坑扩大头锚杆支护体系数值模拟

为了研究广州某深基坑工程扩大头锚杆支护体系的工作性状,运用MIDAS/GTS软件对该支护体系进行了有限元数值模拟,并与相同情况下的普通锚杆支护体系的有限元模拟结果以及实际监测结果进行了对比分析。结果表明:与普通锚杆相比,扩大头锚杆的锚固效果较好,基坑支护桩桩顶的水平位移较小,支护桩附近的坑底土体隆起较小,坑外地表土体沉降较小。扩大头锚杆由于端部扩大而使锚固力增大,使得轴力在锚固段处最大值比较大,且在扩大头锚固段处能迅速减小。     

锁脚锚杆控制隧道初期支护沉降的原理和应用

当前软岩隧道初期支护因沉降变形量大而造成的成本消耗高问题较突出，初期支护底脚作用力与锁脚锚杆抗力不平衡是隧道初期支护沉降的主要原因，其中建立支护底脚与锁脚锚杆之间力的平衡关系是控制隧道初期支护沉降变形的重要前提。以弹性地基梁柱原理和摩擦桩原理来计算分析锁脚锚杆的内力和位移及其与地基的反力关系，以此确定锁脚锚杆的承载能力；通过分析锁脚锚杆对支护结构的柔度，确定其与支护结构的相互影响，进而建立考虑锁脚锚杆对支护结构底脚影响的支护结构力学计算模型，计算其作用于锁脚锚杆端上的作用力作为锁脚锚杆的设计依据；按照上述原理，分析了Ⅴ级围岩当前流行的42锁脚锚管的不足，并示例计算分析了108锁脚锚管的承载能力；最后以Ⅵ级围岩风积砂隧道施工的实例来说明“分布式”加强锁脚锚管以及锁脚锚桩控制支护沉降变形的显著效果验证技术的可行性；结论认为软岩隧道初期支护可按照“荷载—结构”原理确定围岩与支护、支护与锁脚锚杆之间的作用力与反作用力关系，达成支护结构之间力的平衡稳定以实现控制支护沉降的目的。     

软土地基上长管砂袋围堰变形与稳定性研究分析——以广州南沙明珠湾区跨江通道工程施工围堰为例

围堰施工是跨江通道工程水域侧基坑实施的前提条件和关键环节，天然软土地基淤泥质软土层厚度大、承载力低，采用长管模袋砂围堰能较好地适应软土地基的变形和抵抗水流的冲刷。以广州南沙明珠湾区跨江通道工程施工围堰为实例，采用数值分析模拟长管砂袋围堰的施工全过程，计算产生的沉降变形及基坑开挖对围堰的影响。结果表明，围堰施工时堰底内侧沉降明显，外侧坡脚处水平外移及隆起，基坑开挖引起围堰内侧变形明显大于外侧。     

动荷载对基坑边坡支护体系影响数值研究

结合具体深基坑支护体系,应用FLAC3D数值模拟软件对车辆动荷载作用下,临近深基坑支护体系的动力响应进行模拟计算,并与实际支护体系的桩锚轴力及位移监测数据对比,分析了行车荷载与支护桩侧向位移的关系。考虑到荷载主要来源于车辆动荷载,通过调整车速、载重和车辆与基坑的位置,建立了基坑支护结构内力和变形与各影响要素间的数学关系。研究发现:(1)车辆振动荷载施加在基坑周边不同位置对锚杆轴力和支护桩位移的影响不同,随着距离变大而减小;(2)载重对支护结构的受力和偏移起着决定性作用,直接影响着基坑整体稳定状态;(3)随着汽车时速的不同程度提升,支护体系内力及变形反而呈先增大后减小的趋势,动载最大值出现在选取的速度中间值;(4)通过FLAC3D数值模拟,研究了汽车动荷载对基坑支护结构受力与变形的影响,从而为后续工程设计与优化提供依据,为同类基坑工程施工提供借鉴经验。     

红黏土的膨胀性对基坑支护结构加固的影响

为了研究红黏土对基坑的不利影响，以广西宜州市城中路地下通道商业街项目基坑支护工程为依托，运用PLAXIS有限元程序，选取合理的岩土体本构模型对基坑开挖支护过程进行数值模拟，对比分析了三种不同的结构加固方案加固前后的竖向应力、水平位移、剪力、弯矩等计算。结果表明:在不考虑红黏土膨胀的情况下，原设计已能满足变形、护壁桩承载力限值要求，但若考虑红黏土膨胀，按照原设计方案进行计算，发现桩身最大水平位移29.36 mm，桩顶位移24.87 mm，已超过21 mm的限值；在3种结构加固的方案中，方案2、方案3都无法有