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。     

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。     

深基坑开挖变形监测及数值计算分析

针对地铁车站深基坑开挖所产生的一系列岩土工程问题,尤其是开挖引起的基坑变形和周边沉降问题,根据现场实际监测数据,并结合数值模拟计算,建立三维基坑应力-渗流耦合模型,就基坑开挖过程中基坑内立柱桩沉降、地连墙墙体深层水平位移和周边地表沉降等进行重点研究。结果表明,在基坑第四道支撑完成前,立柱桩隆起速率较大,之后减缓;墙体深层水平位移表现为先增后减的"弓"型曲线,最大值出现在开挖面附近;基坑周边地表沉降表现为"凹"槽型。     

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。     

龙门吊移动荷载下土岩组合地层基坑变形监测与分析

苗岭路站是在青岛地区特有的土岩组合地层结构中开挖的明挖换乘车站,基坑周围既有和在建建筑物众多,开挖过程中的地质条件、施工条件、荷载条件等多种复杂因素会引起基坑围护结构及周围土体较大变形,从而对基坑安全产生较大影响。为满足基坑施工及周边建筑环境安全要求,本文基于现场监测,分析了龙门吊作业期间基坑周围地表沉降、围护桩侧移、桩顶水平位移、桩体沉降、建筑物基础沉降和锚杆内力。结果表明:龙门吊移动荷载作用下围护结构应力、变形均在设计限值以内,桩锚支护体系对于龙门吊荷载作用下的土岩组合深基坑工程合理有效。     

基坑开挖对临近城际铁路高架桥墩的影响分析

针对珠海某基坑开挖对临近运营城际铁路的影响分析,采用弹塑性有限差分方法,模拟基坑开挖对邻近高架桥墩的影响,基于该数值模型,研究深基坑开挖对邻近桥桩的作用机制,对基坑边超载、土层弹模、地下水渗流等因素影响基坑开挖引起的高架桥承台桩的变形进行计算分析。结果表明:坑边地表超载的施加有利于控制高架桩体的侧移;土体弹模的变化对模型计算结果影响较大;地下水渗流对高架承台桩变形产生较大影响。     

基于PLAXIS软件的深基坑变形与内力分析

深基坑变形和内力的发展变化是深基坑设计和施工中需要考虑的最为主要的一个因素,在以往的基坑设计中,往往采用较为简单的极限平衡法或者弹性抗力法来估测深基坑的变形和内力。但极限平衡法难以计算支护结构的变形,弹性抗力法又不能计算支护结构周围土体的变形。本文通过有限元方法分析支护结构和土体共同作用时对基坑变形的影响。分析结果证明:有限元方法可以通过将基坑开挖分解为若干工况,使内力和变形分析成为一个连续变化的过程,能够更好地模拟深基坑实际的应力变化状态,可为基坑设计和施工提供更加准确的参考数据。     

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。     

基于流固耦合的深基坑开挖对邻近地铁站影响研究

依托天津市太阳城商业地块基坑工程项目，采用MIDAS/GTS数值模拟软件针对不同建模方案及不同降水方式建立三维有限元数值模型。通过对比数值模拟结果与实际监测结果发现，基于流固耦合的数值模型计算结果与实测值吻合度较好，非流固耦合模型计算结果与实测值相差较大；不同降水方式对基坑周边地表竖向变形影响要大于水平变形，基坑工程降水开挖应考虑流固耦合影响；在考虑流固耦合情况下进一步分析基坑降水开挖对邻近地铁车站影响，地铁车站最大水平位移3.36 mm,最大竖向位移7.76 mm,基坑开挖过程对邻近的2号线地铁车站及其附属结构造成的扰动相对较大。     

深厚圆砾土层深基坑截水帷幕深度对紧邻地铁隧道变形研究

基于稳定渗流问题变分原理对深厚圆砾土层深基坑截水帷幕深度对紧邻地铁隧道变形影响进行理论研究。基坑截水帷幕长度很大程度上决定着基坑周边地下水渗流场形态,导致坑外孔隙水压力变化,进而改变土种应力并作用于隧道周围引起隧道受力和变形的不同。采用MIDAS/GTS大型三维有限元软件,分别考虑了截水帷幕深度为15 m,20 m,25 m时,隧道的变形特性并进行对比分析。结果表明,增加基坑截水帷幕深度可以有效地保护基坑周边地铁区间结构。     

邻近高架桥桩基的地铁深基坑变形控制研究

上海地铁 14 号线歇浦路站横穿杨浦大桥引桥,为国内首座已实施的采用超高压喷射搅拌成桩(N-Jet 工法) 技术进行基坑封底止水的地下车站。采用数值模拟软件,建立考虑土体、支护结构和桥桩间变形相互耦合作用的三 维实体模型,模拟车站基坑开挖的全过程,分析不同变形控制措施下深基坑开挖对邻近高架桥桩基的变形影响,将 数值分析与实际监测结果进行对比分析,结果表明：在基坑分次开挖、减小支撑竖向间距、坑底土体加固、N-Jet 工法封底等变形控制措施的条件下,高架桥桩基的变形满足控制指标的要求,可保证高架桥的正常通行。     

节理岩体中隧道开挖后渗流场重分布影响因素研究

在富水地区的节理岩体中开挖隧道会打破原有的渗流平衡,形成新的渗流场,造成突水等灾害。考虑流固耦合作用,运用离散元理论,建立垂直交叉节理岩体模型,以洞周测点的流量为指标,从地应力、水位高度和节理法向刚度等方面进行隧道开挖后节理岩体渗流场重分布的影响因素研究,并从开挖前后节理隙宽和水压力变化分析影响产生的原因,结论可为进一步研究围岩稳定性和突水灾害等提供参考。     

平原水网区既有铁路路基旁基坑开挖稳定性影响因素分析

平原水网区既有粉土质路基旁进行基坑开挖将受到填方路基的超载、高地下水头及粉土渗透系数大等因素的影响,极易发生基坑失稳。采用FLAC-3D数值模拟手段,结合实际工程背景,研究了基坑渗流对粉土质基坑及路基变形的影响。在此基础上,针对基坑不同开挖深度、距路基不同距离、不同路基高度等参数对基坑侧向变形量的影响进行了敏感性分析,揭示了基坑侧向变形机理及规律,提出了相应的工程建议,可为粉土路基旁基坑开挖支护设计和施工提供参考。     

新建地铁车站施工对既有地铁车站的影响研究

文章基于苏州地铁某车站,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究深基坑开挖对周围土体影响规律,分析新建车站施工对临近既有车站受力变形影响。经研究,基坑开挖前2/3深度时,对周围土体扰动主要表现为沉降范围扩大,继续开挖及随后的回筑阶段对周围土体的扰动以沉降量增加为主;新建车站施工,既有车站地下一层侧墙受压,最大压应力出现在顶板高度处,地下二层侧墙以受拉为主,且拉应力处于较高水平,最大拉应力出现在该层中部;新建车站施工时,既有车站靠向基坑方向倾斜;既有车站顶板靠近基坑一端出现沉降,随开挖深度增加顶板逐渐抬升,开挖过程中沉降值减小45.8%。     

基坑开挖对既有盾构隧道的影响研究

为分析基坑开挖对既有盾构隧道的影响,通过数值计算软件模拟盾构隧道施工过程,得到基坑开挖前盾构隧道的应力状态;并以此为基础,进行基坑开挖对盾构管片变形与应力影响的全过程研究。结果表明,双排桩支护方式下,基坑开挖至坑底时,区间隧道距坑底最近的拱肩位置处变形最大,以水平位移为主,最大达6. 77 mm;管片竖向隆起量较小,最大值为1. 31 mm,管片拱肩部位存在一定的应力集中,最大应力达3. 52 MPa;管片拱腰部位X向应力较小,最大值为0. 3 MPa。随基坑内部结构的施工,盾构管片变形逐渐减小。依据变形、应力等控制指标,对最不利条件下管片位移、应力及曲率半径等参数进行安全影响评估,认为该工程条件下,基坑开挖对区间隧道影响较小。     

成都某地铁车站深基坑水平变形分析

成都某地铁车站深基坑位于砂卵石地层中,周围各类建筑物和生命线工程密集,对施工变形控制要求严格.通过基坑围护桩测斜数据分析围护桩的最大变形、相应位置及其与支撑施作时间的关系,通过数值模拟研究围护桩在基坑开挖过程中的应力应变特征.研究结果表明:选择护壁桩加三道横向支撑作为围护体系能满足安全施工要求;基坑阳角部位、基坑轮廓长边中点部位、各围护桩的桩体中部应重点加强施工监测和支护;第二次和第三次开挖时段,基坑塑性区部位最小主应力分化明显,局部甚至出现拉应力,应加强观测.     

不衬砌水工隧洞围岩稳定性数值模拟分析

针对高渗压作用不仅会改变岩土体的应力状态,同时可能会使岩体劈裂、破坏岩体的原有结构的现象,基于流固耦合分析理论,利用快速拉格朗日有限差分法对隧洞围岩稳定性进行分析。从考虑渗流效应时围岩开挖稳定性、内水作用下围岩力学特性方面开展研究,得到围岩开挖后应力场、位移场分布特征,开挖卸载对渗流场的反馈,内水作用下隧洞的破坏特征和水力特性演变趋势。研究结果表明:对隧洞施工过程中采取安全措施,富水条件下的隧洞工程防排水提供一定的理论参考。     

逐层开挖对支护结构体系工作性状影响数值分析方法研究

基于有限元数值分析方法,建立了遵循时空效应的逐层开挖、随挖随撑的分步施工模拟方法。该方法提出考虑边界效应、开挖渗流和挡墙埋深等因素的软土地基深基坑计算区域综合确定法,引入表征土体应力应变非线性关系的H-S强化土体模型,设计反映土工结构体和施工荷载变化的基坑开挖基本工况和支撑预应力施加方案,形成支撑预应力取值迭代修正法,解决了原型选择、模拟方法、模拟工况关键技术问题。分析结果能够反映基坑逐层开挖过程土工结构体和施工荷载的逐渐变化与相互影响。     

土石组合超深基坑开挖下桩锚支护对邻近建筑物影响分析

基坑开挖一般对邻近建筑物影响很大,基坑内和周围土体的垂直和水平位移过大,会导致建筑物结构破坏,甚至功能失效。采用限元法,对土石组合超深基基坑开挖下邻近建筑物的性状进行分析,研究在不同开挖深度、不同刚度、不同桩间间距下工况下,桩体变形和地表沉降,并与未考虑临近建筑物影响的变位进行对比分析。在将现场监测结果与模拟值进行对比分析的基础上,获得了有益的成果,且对基坑施工具有较好的参考价值。     

深大异形基坑支撑施作与拆除技术研究

为了研究深大异形基坑支撑施作与拆除中的技术难点,运用数值分析软件Midas GTS模拟基坑开挖过程中地连墙、立柱、围岩的位移和应力分布情况,研究表明:第一步开挖对整个结构的受力及变形的影响最小;第二步开挖对围岩变形影响较大;第三步开挖对地连墙变形及应力影响最明显,地连墙位移最大为9.1 mm,应力最大为4 312 kN/m~2,且均发生在拐角位置。此外,还分析对比了深大异形基坑的支撑拆除方案,并对爆破法的工艺流程进行了研究。工程实践证明,采用爆破法拆除深大异形基坑支撑效果良好。