基坑降水对坑底土体回弹影响的试验研究

软土地区深基坑的开挖,特别是深度达20-30m甚至更深的超深基坑工程,均要涉及到大幅度降低坑内地下水位的问题。目前对于深基坑的回弹量计算,都是以基坑开挖卸荷为基本应力路径获取变形模量,并未考虑降水的影响。应用三轴试验对基坑工程开挖与降水交替作用下被动区土体强度与变形性状进行模拟,并与仅考虑基坑开挖作用下被动区土体的强度与变形性状进行比较。试验结果表明,对超深基坑,降水作用可改善土体的力学性状;大深度降水对基坑总的回弹量有较大影响,能显著减小回弹总量。基于降水对基坑被动区土体强度及变形性状的显著影响,在深基坑工程设计中应考虑实际的应力路径,即进行考虑降水与开挖综合影响的分析。     

开挖尺寸效应对基坑稳定性的影响分析

国内规范最主要的基坑抗隆起稳定性计算方法为圆弧滑动法,其假定滑动圆弧的圆心位于最下道支撑与围护墙的交点,但未考虑基坑开挖的尺寸效应,导致窄基坑设计偏于保守。为综合分析各种基坑抗隆起稳定性计算方法的差异性,研制基坑稳定性分析软件,并利用有限元强度折减法对各种计算方法进行对比分析。结果表明:基坑开挖尺寸对基坑抗隆起具有一定影响,相同条件下,开挖尺寸越小,其抗隆起安全系数越大,影响也更为显著,规范设计就越偏于保守;当增大开挖尺寸时,其对抗隆起安全系数的影响逐渐减小。     

昆明轨道交通3号线深基坑岩土工程勘察与评价

研究目的:昆明轨道交通3号线东西向穿越处于滇池盆地中的昆明市主城区,沿线工程地质条件、水文地质条件及周边环境复杂,通过3号线车站深基坑的工程地质及水文地质勘察,对场地的稳定性、基坑围护结构型式、降排水方案、基坑抗浮和隆起、基底处理及基坑施工等岩土工程问题进行分析评价。研究结论:(1)昆明轨道交通3号线东西向穿过昆明市主城区,岩土层次多,地下水较丰富,发育有可液化砂土、岩溶、浅层天然气等不良地质和人工填土、软土等特殊岩土,区域稳定性较差,工程地质条件及水文地质条件复杂;(2)通过对各深基坑地质条件及场地条件等的综合分析,各基坑主要宜采用明挖顺作法施工,局部受交通等条件限制地段采用逆作法施工;(3)处于盆地中的深基坑宜采用地下连续墙的支护结构,混凝土+钢管进行支撑,采用坑内设置侧沟和集水井,人工抽排地下水的降排水措施,基底采用搅拌桩、换填等措施进行处理,满足抗浮及隆起的要求;(4)处于残丘地段的基坑工程地质条件相对较好,地下水不发育,可放坡开挖,采用土钉墙等进行支护,基底进行适当换填。     

下伏承压水对地铁车站基坑稳定性影响分析及施工实践

在软弱地层深基坑开挖过程中 ,地下水对基坑的稳定性起着决定性的作用 ,特别是基坑坑底下伏承压水对基坑的稳定性影响很大 ,如果处理不当 ,会引起基底的隆起或突涌现象。通过工程施工实例 ,就承压水对基坑开挖的稳定性影响进行分析和探讨     

某深基坑降水施工设计

以某深基坑降水工程为例,针对该工程水文地质的特点,介绍在地下水位较高地区深基坑承压水降水施工技术,通过对基坑承压水降水设计计算和基坑的稳定性验算,确保基坑开挖后基底的稳定,以保证基坑开挖的安全性。     

对基坑降水引起周围建筑物沉降的预测及其防治措施

根据有效应力原理,基坑降水使孔隙水压力减小,土体有效应力增加,而造成基坑附近地表不均匀下沉,危及临近建筑物的安全使用。因此,对不均匀沉降量的预测具有重要意义。利用地下水动力学及土力学原理,介绍了基坑开挖降水引起的周围地表沉降的计算方法。并通过工程实例,预测了基坑周围建筑物的沉降量,且提出了防治措施。     

呼和浩特地铁深基坑支护冻胀影响数值分析

研究目的:为研究低温作用下水土冻胀对地铁基坑支护结构的影响,依托呼和浩特市某车站地铁基坑,建立地铁深基坑数值计算模型,模拟季节温度变化对基坑体系的影响,探究越冬基坑在外界温度变化条件下,基坑周边土体、地下连续墙及坑底土体温度场变化规律,水土冻胀力主要影响范围,基坑支护体系内力及变形的变化规律。研究结论:(1)冻胀初期受表层温度影响较大的范围主要集中在5 m以内,随着外部温度的逐渐下降,土层冻结深度在逐渐增大,且在距离基坑0. 5 m范围内最大冻深达到15 m,在基坑外侧边缘的土体冻深相对较小,受气温影响较大;(2)基坑外侧土体受冻胀影响范围集中在7 m以上,随着基坑深度的增加,支护结构受冻胀的影响逐渐减少,且影响减少得较为迅速;(3)低温条件下考虑水土冻胀影响,基坑第一道横撑轴力增加约22%,地连墙最大水平位移增加约24%;(4)本研究成果可为严寒地区深基坑工程支护设计与施工提供参考。     

地铁深基坑渗流应力耦合研究

研究目的:武汉地区深基坑事故中,九成以上是因为地下水控制失效造成的。其中,承压水含水层在长江一级阶地中普遍存在,且含水层厚度很大,承压水头很高,成为武汉地区深基坑工程的一大特点。针对武汉长江一级阶地地铁深基坑,研究其降水与开挖施工过程中引起的地面沉降以及基坑稳定等影响与变化规律具有重要的现实意义。研究结论:对深基坑降水与开挖的流固耦合效应进行了分析,建立了渗流场与应力场耦合计算模型。使用FLAC3D对武汉长江一级阶地深基坑降水与开挖施工过程进行了渗流应力耦合模拟;计算结果表明,地表沉降形成了二次函数曲线分布形态的沉降凹槽;地下连续墙以下渗流速度最大,容易发生渗透破坏;相较于不考虑流固耦合计算,考虑耦合的计算结果与工程实际规律更为吻合,能更好地的预测与信息化施工。     

地铁深基坑开挖对下部既有公路隧道的影响分析

以昆明地铁3号线西山公园站深基坑工程骑跨既有公路隧道为工程背景,利用Midas-GTS建立二维数值模拟深基坑全过程,研究基坑开挖对下方既有隧道的变形影响规律。分析坑内加固和基坑时空效应施工措施对控制隧道上抬变形的影响,结合现场实际监测数据和有限元分析表明:(1)基坑开挖对下部岩体具有显著的垂直方向卸荷作用,其受力状态和形状的改变程度受限于上部土体性质、土体开挖量、开挖方式及隧道围岩性质;(2)坑内加固后可明显降低隧道衬砌的隆起变形,降幅约为18%;(3)实际监测数据略小于计算结果,但变形趋势二者较为吻合。     

流固耦合作用下基坑开挖及降水对下卧既有地铁隧道的影响研究

为研究基坑开挖及降水对下卧既有地铁隧道变形的影响,基于比奥固结理论,结合修正摩尔库伦本构关系,建立考虑流固耦合的三维有限元分析模型,探讨基坑降水深度、降水速度、土体渗流特性、基坑开挖工艺等对下卧既有地铁隧道及其围护结构的影响,并与现场监测结果进行对比验证。研究结果表明:基坑降水深度对隧道结构变形有着较大影响,适宜的降水深度有利于抑制地铁隧道的隆起;在分块开挖效应下,隧道最终呈"M"形曲线隆起,竖向位移最大处位于隧道中部的两侧位置;土体渗流存在空间差异性;基坑降水速度会对隧道围护结构的内力产生重要影响,随着降水速度的增大,围护结构的内力会继续增长;隧道衬砌结构变形呈"水平向压缩、竖向拉伸"的竖椭圆状发展,隧道靠近基坑两侧的腰部变形较大;考虑基坑降水的流固耦合分析结果更接近现场实测结果。     

深基坑开挖对邻近既有高铁桩基影响研究

研究目的:大中型城市的市政工程建设高速发展,其中深基坑工程越来越多,由于土地资源稀缺,其不可避免地会近接既有建筑或结构。本文针对深基坑开挖邻近既有高速铁路桥基的少见工况,结合有限元数值模拟进行研究,对基坑围护结构与桩基受深基坑开挖影响的规律进行分析,并结合现场实测数据进行对比验证,以期为今后类似的深基坑近接工程提供参考与指导意义。研究结论:(1)深基坑开挖的卸荷效应使得坑周岩土体平衡状态遭到破坏,进而发生应力重分布;(2)深基坑开挖导致基坑底部隆起,围护结构向坑内发生移动;(3)岩土体应力场改变带来位移场改变,赋存于岩土体中的结构物(如桩基)由于岩土体的运动而发生变形,基本均向坑内移动,桩基上部变形较大,下部变形较小;(4)数值模拟数据与现场实测数据对比基本吻合,基坑开挖完成后产生的变形均处于安全范围,证明了设计的围护与支撑方案对深基坑安全起到有效作用,该支护方案设计以及桩基变形规律研究可应用于今后类似工程中。     

一种软土地区深基坑涌水量计算方法

基坑涌水量是基坑降水工程的一项重要参数,影响降水井数量、水位降幅和地面沉降。基于软土地区深基坑地层特性和渗流场流网特点,将基坑涌水量分为基坑内储水量和基坑底及基坑外向基坑内的渗流量,并提出各自的计算公式,从而给出了一种深基坑降水工程涌水量计算方法。结合天津地铁一站主体结构基坑,用该计算方法所得基坑涌水量与依据现场抽水试验和施工经验所得结果一致。经上海一深基坑涌水量实测值进一步验证,本文所提方法在软土地区具有较好的适用性。     

考虑降雨影响的框锚支护结构稳定性动态分析

研究目的:现有的框架预应力锚杆柔性支护结构(简称"框锚支护结构")的整体稳定性分析方法均未考虑降雨入渗的影响。为探索降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构稳定性的影响规律,基于Geo Studio软件,采用Van Genuchten模型对非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数特征曲线进行拟合,进而对降雨条件下非饱和黄土边坡内部渗流场进行模拟,采用非饱和土强度理论确定黄土的强度,提出一种土体含水率变化时摩擦型灌浆锚杆极限抗拔承载力的计算方法,对降雨入渗条件下的框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性进行动态分析。研究结论:(1)锚杆锚土摩阻力和极限抗拔承载力随着土体含水率增大迅速降低;(2)降雨持时超过12 h后,雨水入渗对锚杆承载力的影响比较明显;(3)不考虑和考虑含水率变化对锚土摩阻力的影响,边坡安全系数变化差异较大;(4)降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性影响不容忽视,分析时应考虑含水率变化对锚杆极限抗拔承载力的影响;(5)本研究成果能为非饱和黄土地区框架预应力锚杆柔性支护结构考虑降雨影响的设计和施工提供指导。     

考虑渗流固结耦合作用的软土深基坑降水施工的三维数值模拟

在广泛研究前人关于本课题研究资料的基础上,基于三维比奥固结理论和修正剑桥模型,对三维渗流固结耦合模型在复杂地质条件下软土深基坑降水计算中的应用进行了研究,并以上海某一实际基坑降水工程为例,对其降水过程进行了三维有限元计算。通过对该工程的三维有限元分析表明,考虑渗流固结耦合作用的三维数值模拟方法能够很好地模拟基坑降水引起的基坑及土体变形特征。因此,在深基坑降水及其引起周边土体变形的计算中,运用该数值模拟方法具有重要的现实意义。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

不同加固措施下竖井式基坑开挖引起的下卧地铁隧道竖向隆起变形规律

依托深圳前海自贸区某地下道路的基坑直接放坡明挖工程,研究基坑开挖卸荷对其下方地铁11号线、5号线隧道竖向隆起变形的影响。基于文克尔地基模型的加权残值法微分方程提出下卧隧道竖向隆起变形的力学模型;结合项目特点提出保护下卧地铁隧道的竖井式基坑施工加固方案及组合措施;通过FLAC 3D数值模拟,对比分析未采取任何措施及逐步施加土体加固、抗拔桩-抗隆起板结构体系、降水、竖井分区跳挖4种措施形成的5种工况,探讨各种措施对隧道竖向隆起变形的控制作用,验证方案效果。结果表明:土体加固措施可减少10%～12%隧道隆起值,抗拔桩-抗隆起板结构体系可减少13%～15%,降水措施可减少3%～5%,效果最好的竖井分区跳挖措施可减少18%～21%;对于未采取加固措施的工况,隧道各断面竖向隆起变形最大值的理论值曲线变化趋势与实测值基本一致,但对于采取4种加固措施的工况,理论值偏于安全。     

渗流-应力耦合作用下基坑开挖变形性状分析

大量的基坑事故表明,地下水控制失效是引起事故的重要原因之一。以某基坑开挖为工程背景,借助大型有限元软件Midas-GTS,研究了基坑降水和开挖施工过程中其变形性状,主要分析了基坑周围渗流场的分布、基坑周围地面的沉降、围护桩的挠曲变形和基坑底部隆起。计算结果表明,与未考虑渗流应力耦合作用相比较,在考虑渗流应力耦合作用下设计的基坑更偏于安全。     

软土地区基坑开挖引起的邻近隧道变形预测

结合地层补偿原理和宁波软土地区深基坑工程实践经验,提出坑外土体水平和竖向位移的修正系数,形成了适用于宁波软土地区深基坑工程的坑外土体位移场预测方法。通过三个典型基坑工程的计算对比(理论计算结果、数值模拟结果及实测值的对比),验证了该方法的可行性。将该方法应用于紧邻基坑的隧道变形预测,结果表明,计算值同实测值和有限元模拟值接近。本方法可为有较高环境保护要求的基坑工程设计提供参考。     

环境因素作用下既有线铁路边坡失稳分析及治理技术

应用GEO软件通过数值模拟方法研究地下水、降雨以及地震等环境因素对边坡稳定性的影响,结果表明:当地下水位在滑移面以下时,孔隙水压力和渗透力对边坡稳定性的影响较小,反之则影响较大;随着降雨强度的增加,边坡水平及竖向有效应力呈减小趋势,降雨强度、降雨持续时间的增加导致边坡稳定性降低;当降雨强度小于土壤的入渗能力,降雨完全入渗时,边坡的稳定安全系数主要受降雨强度的影响;地震作用下产生的超孔隙水压力引起边坡的有效应力明显减少,在地下水位较高时减少幅度可达到50%。基于模拟分析结果,针对路基边坡失稳多发的问题,对边坡治理技术及其适用性进行了系统总结分析。     

半幅铺盖法地铁车站基坑中立柱变形规律研究

研究目的:对于半幅铺盖法地铁车站基坑,中立柱作为其特有的支护结构,直接影响着施工安全,但中立柱变形规律复杂,在黄土地区对其还缺乏系统认识。本文以西安黄土地区首个半幅铺盖法地铁车站基坑为工程背景,对中立柱的变形机理及变形规律进行研究,以期为该施工工法条件下黄土地区车站基坑围护结构设计提供参考。研究结论:(1)中立柱的变形主要受基坑降水、车辆荷载、盖板及支撑自重、结构自重和坑底土体隆起影响,其中坑底土体隆起影响最为显著;(2)中立柱累计变形可以分为微小下沉阶段、连续上升阶段、下沉阶段和稳定阶段四个阶段,其中最大值发生在第二阶段;(3)中立柱隆起值随着土方开挖深度的增加而增大,因此设计时必须考虑中立柱隆起问题,确保中立柱具有足够长度;(4)采用钢筋混凝土支撑加路面板组成的临时路面系统和分八步实施的施工工序,可使中立柱沉降值在安全范围内;(5)该车站采用的施工方法和支护结构的各种设计参数可为以后黄土地区类似地铁车站基坑工程提供参考。     

有限土体土压力理论在兰州地铁1号线工程中的应用研究

针对典型砂卵石地层条件下地铁车站基坑与邻近构筑物间形成的有限土体,从有限土体土压力的形成机理出发,通过解析法建立能完全反应土体受力状态的有限土体土压力计算模型,提出考虑土体黏聚力影响的有限土体临界宽高比与临界宽度修正模型,明确有限土体临界宽高比主要介于0.55~0.65,基本不受基坑开挖深度的影响,明确了有限土体临界宽度与基坑开挖深度成线性关系,基坑开挖深度越大,有限土体土压力与经典土压力之间的差异越明显,深度≥10 m的超深基坑必须考虑有限土体土压力的作用,有限土体土压力能有效减少基坑围护结构内力与配筋,精细化设计有利于控制工程造价。