基于能量原理的预应力锚杆复合土钉支护体系的应力分析北大核心

基于能量原理建立预应力锚杆复合土钉支护体系的简化力学模型,分别对土体、土钉、锚杆应力—应变规律进行了分析。首先,对于土体,主要考虑基坑开挖产生的塑性变形,包括体应变与剪应变;其次,对于土钉,根据潜在滑移面界定的主动区与被动区,由剪应力及相对位移分别求解能量方程;再次,对于锚杆,在介绍承载机理与侧阻力计算模型的基础上,推导了锚固体单元的能量方程;最后,考虑土钉与锚杆的相互作用,假定预应力的影响范围,估算了预应力水平分力及竖向分力对滑移面任一点土体产生的附加应力。研究结果可以为该类工程设计提供较好的理论依据。     

基于能量原理的预应力锚杆复合土钉支护体系的应力分析

基于能量原理建立预应力锚杆复合土钉支护体系的简化力学模型,分别对土体、土钉、锚杆应力—应变规律进行了分析。首先,对于土体,主要考虑基坑开挖产生的塑性变形,包括体应变与剪应变;其次,对于土钉,根据潜在滑移面界定的主动区与被动区,由剪应力及相对位移分别求解能量方程;再次,对于锚杆,在介绍承载机理与侧阻力计算模型的基础上,推导了锚固体单元的能量方程;最后,考虑土钉与锚杆的相互作用,假定预应力的影响范围,估算了预应力水平分力及竖向分力对滑移面任一点土体产生的附加应力。研究结果可以为该类工程设计提供较好的理论依据。     

挡土结构位移与土压力关系有限元分析

以天津市文化广场某地铁车站基坑工程为例,应用 Midas/GTS 建立了基坑开挖施工模型,研究单层土层、多层土层工况下基坑开挖过程中挡土结构的位移—土压力关系曲线。研究结果表明：单层土与多层土的位移土压力曲线能够较好地符合双曲线型,并且随着土层深度的增加,极限土压力随之增加,水平基床系数随深度增加而增加;单层土层与多层土层在深度、土质、位置都相同的情况下,位移与土压力关系曲线能够较好地符合相同的曲线方程。     

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。     

深大基坑中心岛法墙前被动土压力的计算方法

针对中心岛法开挖基坑问题,基于平面滑裂面假定,得到了墙前预留土体被动土压力的解析解,利用此解可以得出挡土墙和预留土体保持稳定的土压力判据.作为该方法的特例,位于直立挡土墙后无限黏性土坡的被动土压力计算公式被确定.计算结果与有限元结果对比表明,当土与挡墙背的摩擦角及土体内摩擦角较小时,计算误差小于10%,满足工程设计要求.     

地铁车站基坑开挖对燃气管线影响分析及控制措施

依托成都轨道交通8号线基坑开挖工程,采用有限元计算软件建立地铁基坑开挖与燃气管线三维实体模型,对基坑动态开挖过程中平行燃气管线与交叉管线拉压应力变化与位移曲线进行分析,得到燃气管道位移和应力包络图,并据此提出保护措施。研究结果表明:基坑开挖卸荷会导致周边土体向基坑内部位移,平行方位的燃气管线距离基坑较近,引起管线整体向基坑内部位移并伴随沉降,以朝向基坑内部(Y方向)的位移为主;而垂直于基坑的燃气管线由于处于悬空状态,位移主要由竖向控制,燃气管线在水平方向上位移较小,呈现出两端向基坑内部位移的规律。平行方位的燃气管线轴向正应力SXX既有压应力也有拉应力,但主要以拉应力为主;燃气管线轴向正应力SYY全为拉应力;垂直方位的燃气管线轴向正应力既有压应力也有拉应力,最大压应力为21.7 MPa。为减少对燃气管线的变形和受力影响,提出了围护桩、冠梁和管线迁改等保护措施。     

有限土体土压力理论在异型深基坑工程中的应用研究

针对砂卵石地层新建隧道穿越既有线面临的异型深基坑工程,对基坑侧壁与既有地铁车站风亭间的夹土体进行受力分析,明确在平均土体宽度b=3.5 m条件下,对于竖直段,当开挖深度大于6.5 m时,就必须考虑有限土体土压力的影响,提出相应的计算模型与简化公式,发现有限土体土压力与开挖深度近似成线性关系;对于扩挖段,基于有限土体受力特性,提出扩挖段有限土体土压力计算模型与简化公式,由于扩挖边承受一定的土体自重,因此扩挖点处基坑侧壁土压力有所增加,扩挖段有限土体土压力与开挖深度近似成指数关系,但随着扩挖深度的增加,有限土压力明显小于常规土压力,同时随着扩挖段有限土体宽度的减小,有限土压力与常规土压力差值趋于稳定;最后通过数值分析,发现有限土体土压力作用下,异型基坑自身的变形相对较小,其水平变形主要集中在左侧隧道侧与基坑扩挖段,同时基坑的变形与裂缝均能满足规范要求。有限土体土压力能有效减少基坑围护结构内力与配筋,精细化设计有利于确保工程安全并控制工程造价。     

基坑开挖引起下卧既有隧道变形的简化计算方法

为得到基坑开挖对邻近下卧既有隧道变形受力影响，提出一种可预测基坑开挖对下卧隧道竖向变形影响的简化计算方法。采用Mindlin解获得基坑开挖引起既有隧道轴线处的附加应力，将隧道假定成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Vlasov地基；引入隧道侧向土体的影响，考虑既有隧道两端约束，进一步得到隧道竖向变形差分解。工程案例研究表明：与既有文献中有限元数据和实测数据对比，验证了该方法计算结果的合理性；与将隧道搁置在Vlasov地基模型(EB-V模型)和Winkler(EB-W模型)地基模型的解析计算结果比较，本文方法计算结果更贴近实测数据。进一步参数研究表明：隧道与基坑中心间距、隧道埋深以及土体模量的增大会引起隧道竖向变形及内力减小；随着既有隧道抗弯刚度逐渐增大，隧道竖向变形会逐渐减小，但会引起既有隧道内力增大。     

改进的杆系有限元法在预应力锚杆复合土钉支护中的应用

为合理计算分层支护结构的内力及位移,以预应力锚杆复合土钉墙为研究对象,考虑分步开挖的施工过程及预应力施加对支护结构内力及变形的影响,将规范中的杆系有限元法进行改进,使其适用于柔性结构,提出一个考虑结构与土体相互作用的土压力计算模型,并编写了计算程序。将计算结果与工程实测数据进行了对比,证明采用该方法计算柔性支护的水平位移及构件轴力较为合理。     

模拟基坑开挖的软土卸荷变形特性试验研究

基坑开挖是典型的卸荷工程,基坑开挖卸荷引起的工程问题与一般土工加载问题所表现的特性明显不同。对武汉地区软土模拟实际基坑卸荷路径,开展不同的固结压力与卸荷比的K0固结剪切试验,探讨卸荷条件下软土的变形规律,讨论卸荷应力—应变关系的归一化问题。结果表明:武汉软土的卸荷应力—应变关系成双曲线关系,具有较高的非线性与归一化特性,其变形特性与卸荷应力路径以及卸荷比有密切关系。土的初始卸荷模量随卸荷比增大而增大,这也使得应用邓肯张模型去描述土的卸荷特性成为可能,该研究对于改进工程设计计算具有重要意义。     

复杂异形深基坑双环形内支撑体系 设计及受力变形特性

北京地铁 R4 线北京朝阳站地下 3 层和地下 4 层基坑具有平面几何形状复杂、各级基坑开挖深度不同以及 基坑周边附加荷载不对称等特点。为解决常规基坑支护方案不适应本基坑的问题,研发了直径不相等的双环形钢 筋混凝土内支撑体系并成功实施。详细介绍了双环形内支撑体系的布置、结构参数及施工步序,采用数值模拟方 法建立模拟基坑开挖支护的三维数值计算模型,并结合支护结构变形和受力的实测结果,探讨双环形内支撑体系 的受力和变形特性。结果表明：其围护结构变形、钢筋混凝土支撑和钢筋混凝土环梁的轴力、钢筋混凝土环梁收 敛等指标均满足控制值要求。工程实践表明：钢筋混凝土双环形内支撑体系具有布置方式灵活、对空间形状不规 则基坑具有较好的适应性、基坑内部作业空间开阔等优势。     

车站异形深大基坑施工过程试验研究

研究目的:异形深大基坑施工过程的稳定性一直是工程界研究的热点和难点问题,为探究异形深大基坑施工过程中支护结构变形演化规律和受力特征,本文以某大型异形深基坑为依托,开展支护结构变形和受力现场试验研究,以期为依托工程和类似工程设计施工提供指导。研究结论:(1)异形深大基坑支护结构变形的空间效应显著,异形段的墙顶水平位移大于标准段;(2)地下连续墙的水平位移两头小、中间大,随深度增加呈三角形分布,位移最大处发生在基底±3 m附近;支撑处墙体位移较小,外荷载、施工中断会使墙体位移增大;(3)当基坑深度小于15 m时,支护结构土压力分布规律接近朗肯土压力理论值;当基坑深度大于15 m时,支护结构土压力明显小于朗肯土压力理论值,按理论计算值指导设计施工偏于保守;(4)异形深大基坑施工建议采取"地下连续墙+钢筋混凝土支撑+钢支撑"的组合支护形式,可有效控制支护的过大变形;(5)本研究成果可为基坑工程施工提供参考和借鉴。     

基坑工程开挖支护的数值计算分析

在详细分析地质条件及支护设计的基础上,运用ABAQUS软件,建立非对称分布土层的计算模型,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,对基坑开挖支护过程中土体变形和支护应力进行数值仿真。结果表明,基坑四周土体变形和围护结构内力均随开挖深度的增加而增大,当基坑两侧土层呈非对称分布时,基坑开挖过程中土层较薄一侧的土体将向远离基坑方向变形,施工过程中及时设置支护结构能有效地减少土体变形及上部支撑的内力。     

基于紧邻隧道变形深基坑支护方案优化

以典型工程为依托,借助有限元软件,开展基坑施工过程模拟,对基坑开挖过程支护结构与周边环境进行响应评价,以此为基础优化基坑支护方案,并通过现场实测验证。研究表明:采用原有支护方案基坑开挖对既有地铁结构产生明显的影响,存在安全隐患,有必要进行优化;基于计算结果作支护方案调整后,车站与隧道最大位移较原有方案减小29%和27%;紧邻地铁侧采用灌注桩围护引起的位移小于连续墙,究其原因是连续墙成槽影响产生可观的变形;同时采用灌注桩围护能显著降低工程造价,实际工程设计施工应引起重视。与实测结果对比表明,实例基坑采用的计算模型具备合理性。     

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。     

基坑开挖对邻近高铁路基变形影响的预测方法研究

依托软土地区某典型基坑工程,研究基坑开挖对邻近高铁路基变形影响的预测方法。结合该工程土体修正摩尔–库伦模型参数,建立96个不同工况下的有限元模型。通过对有限元计算结果的分析和拟合,推导能够综合考虑基坑开挖深度、支撑系统刚度和基坑距路基坡脚距离3个因素的高铁路基最大水平位移和最大沉降的简化计算公式,提出受基坑开挖影响的路基水平位移、沉降的预测曲线,并给出相应的预测流程。结果表明:在双对数坐标中,当基坑距路基坡脚距离相同时,路基最大水平位移与开挖深度的比值(δhmax/H)、路基最大沉降与开挖深度的比值(δvmax/H)均与支撑系统刚度ρ基本呈线性关系;可用图10中的折线ABC、图13中的折线DEFG分别预测路基水平位移、路基沉降;简化分析方法能较好地预测软土地区类似依托工程土层条件下受基坑开挖影响的高铁路基变形。     

地铁车站基坑半幅盖挖法施工监测及分析

结合洛阳地铁1号线武汉路站深基坑半幅盖挖法施工过程,对支护结构和周边建筑变形进行监测分析,结果表明,半幅盖挖法所形成的不对称结构使基坑两侧地连墙水平变形和地面竖向变形特征均有不同;基坑明挖侧地连墙的水平位移较为一致,而盖挖侧的变化无一致规律性;地连墙水平位移最大值出现在基坑开挖底面以上0.22~0.42 H处,未出现在基坑开挖深度以下;盖挖侧地面变形量和附近建筑的竖向位移小于明挖侧,说明盖挖侧顶板对周围变形有抑制作用;基坑周边的施工荷载对围护结构的变形特征、混凝土支撑的轴力等均有明显影响,因此施工过程中应严格控制基坑周边出现超载。     

深基坑开挖变形的灰色马尔科夫链预测方法

基于灰色马尔科夫链理论,提出了深基坑开挖变形灰色马尔科夫链预测方法,建立了用于变形预测的新陈代谢GM(1,1)模型和灰色马尔科夫链模型.研究结果表明:这2种模型的预测精度都可以满足施工期预测要求,灰色马尔科夫链模型的各项指标均优于新陈代谢GM(1,1)模型.该结果对同类研究具有一定参考价值.