深基坑开挖支护结构水平变形对地表沉降影响的数值模拟

文章通过有限差分软件FLAC3D对深基坑开挖支护结构水平变形和地表沉降进行了数值模拟,并与实测值进行了对比分析.研究结果表明:地下连续墙最大水平位移出现在墙顶,且地下连续墙墙体水平位移曲线呈现一个存在多个拐点的“半杯型”复合形态;墙后地表沉降曲线呈现一个非对称的“凹槽型”形态,这与监测得出的规律是一致的.Ad/Aq因工况不同,其比值也不同,并且随着开挖深度的增加,比值是减小的,同时也反映周围地表沉降具有滞后性;通过各工况定量分析,Ad/Aq大致位于0.4到0.6之间.基坑开挖对墙后地表沉降的的影响范围主要分布在距基坑边沿的1.5倍最终开挖深度,主要影响区在d/H为0～1.0之间,次要影响区在d/H为1.0～1.5之间;沉降最大值出现在d/H比值为0.5区域.     

基坑开挖对邻近桩基竖向受荷性状的影响

软土地区基坑开挖时一个重要的环境问题是土体移动对邻近桩基的影响。文章通过建立三维有限元模型,对软土地区中基坑开挖对邻近桩基竖向受荷性状影响进行研究。研究结果表明,基坑开挖前后桩基轴向抗压承载力减小约13.6%,并且引起既有承受竖向荷载的邻近桩基产生可观的附加沉降。为此,针对桩土接触力随基坑开挖的变化规律进行了系统的分析,并基于分析结果,通过考虑开挖后桩侧极限摩阻力的降低,对单桩沉降计算的荷载传递法进行改进,使得能考虑开挖对邻近桩基竖向受荷性状的影响。     

预应力锚杆在深基坑支护中的应用及锚杆参数影响分析

文章以某建筑深基坑工程开挖支护为研究对象,分析了该深基坑采用预应力锚杆支护的效果,并着重对锚杆参数进行了分析,得到以下结论：采用有限元软件PLAXIS和岩土理正软件计算得到的基坑边坡安全系数相近,说明了有限元模型的准确性;随着基坑开挖深度的不断增大,基坑边坡安全系数逐渐降低,且降低速率逐渐放缓,基坑开挖支护完成后的边坡安全系数为1.502,大于规定的最小值1.30,说明该工程基坑开挖支护完成后的安全系数满足要求;增大锚杆锚固段长度和增大锚杆预应力值均可以在一定程度上减小基坑侧壁水平位移和基坑周围地表沉降,从而提高基坑稳定性,且采用增大锚杆预应力值的方式要比增大锚杆锚固段长度更有效。     

大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究

文章以采用土压平衡矩形顶管法施工的内蒙古科技大学地下通道为背景,采用理论分析、数值模拟、现场监控量测等手段,对砂砾石地层条件下矩形顶管开挖面的主动和被动破坏规律进行了研究,主要得到了以下结论:(1)考虑顶管隧道开挖面为矩形断面的特点,建立梯形楔体计算模型,推导出开挖面主动破坏时的极限支护应力计算公式并应用于实际工程,采用该公式计算得到的极限支护压力与数值模拟计算结果相差较小,两种研究方法得到了相互验证;(2)采用FLAC3D数值模拟得到的地表沉降槽与实测地表沉降槽形态基本相似,近似服从正态分布,且地表沉降值基本接近;(3)随着支护应力比的减小,开挖面塑性区逐渐由开挖面前方向斜上方发展,当支护应力比为0.165时,开挖面前方土体水平位移骤然增加,开挖面塑性区延伸至地表,土体丧失整体稳定性,发生主动破坏,且从开挖面失稳后地表塑性区扩展形态来看,基本接近梯形楔形体形状,从而验证了解析公式计算模型的合理性;(4)随着支护应力比的增大,开挖面前方土体塑性区自开挖面顶部向地表斜上方延伸,当支护应力比为3.0时,塑性区发展至地面,此时土体失稳,发生被动破坏,其塑性区范围远小于主动破坏时的塑性区。     

邻近既有深基坑的盾构法隧道施工地层变位分析

文章针对盾构隧道邻近深基坑推进的工况,进行室内缩尺模型试验,并建立了对应工况下的盾构隧道-土体-基坑围护结构三部分共同作用的三维有限元计算模型。通过对比同一工况下的室内模型试验和数值计算结果,验证了三维数值分析的可行性和可靠性;得到了邻近既有深基坑的盾构法隧道施工引起周边地表沉降的分布特点及其变化规律;分析了盾构隧道开挖引起的横断面不同深度处地层位移的特点;分析了隧道上方的地表沉降分布受邻近既有基坑的影响及沉降值随盾构隧道推进进度的变化规律,得到了盾构隧道对基坑围护结构的位移影响情况;并提出了盾构隧道施工过程中对周边地表沉降、地层变位及基坑围护结构位移与变形进行实时监测的建议。     

岩溶隧道土质围岩段地表沉降估算方法研究

岩溶隧道土质围岩段在渗水条件下易产生地表下沉。为此,文章考虑掌子面渗水导致水位下降而引起的地表沉降,提出了一种潜水稳定渗流下的地表沉降估算方法。文章基于渗流和固结理论分析了渗水条件下围岩中土体单元的自重有效应力和渗流有效应力的变化,并以降水漏斗曲线为界线对围岩沉降区域进行划分;基于开挖横断面建立了二维平面并通过二重积分分析推导了在渗水条件下由渗流作用引起的隧道地表沉降估算公式。文章以广西壮族自治区六寨—河池高速公路瑶寨隧道为依托,分别采用现场实测与估算的方法对土质围岩段地表沉降进行预测,结果表明:两种方法所得结果整体上较为接近,但在距离开挖面3 m的水平开挖径向范围内,实测值大于估算值。研究内容可为渗水条件下岩溶隧道土质围岩段的地表沉降估算提供参考。     

基坑围护结构变形及其对临近道路沉降的影响分析

文章以某地区基坑开挖工程为研究对象,分析了基坑开挖对坑底隆起的影响,并研究了基坑开挖中支护结构的变形以及基坑开挖对临近路面沉降的影响,得到以下结论:基坑底部隆起的现场实测和数值模拟值误差在8%～15%范围内,由于工程建设过程的复杂性,这种误差被认为是合理的;初次、第二次和第三次开挖围护桩的最大水平位移分别发生在0、-3m和-6m左右深度处,数值模拟得到的最大水平位移值比现场监测值略大,但相差不超过20%,被认为是合理的,同时数值模拟也可以较好地反映整个围护结构在施工中的水平位移变化规律;相比于混凝土路面,基坑开挖对沥青路面的影响更大。     

考虑蠕变与渗流作用的软土基坑开挖模拟研究

为研究渗流与蠕变的相互耦合作用对软土基坑开挖的影响,文章以深圳地铁11号线前海湾站基坑工程为背景,基于FLAC~(3D)中的渗流和蠕变分析模式,对不同计算条件下软土基坑的桩后水压力、桩位移、地表沉降以及坑底隆起等的变化规律展开研究。研究结果表明:(1)渗流和蠕变作用均会对基坑开挖变形产生较大影响,只有综合考虑这两者间的相互影响,才能保证基坑开挖模拟计算结果与实际相符合;(2)基坑开挖过程中,基坑两侧桩最大位移值和位置都与开挖时间呈指数衰减关系,而基坑两侧地表最大沉降除会在每次降水过程中急速增大外,其余时段则与开挖时间保持相对缓慢的线性增长关系;(3)随着潜水水位埋深的增加,基坑两侧地表最大沉降和桩体最大位移都将线性减小。     

浅埋隧道开挖引起围岩及地表变形和应力释放特性浅析

通过数值仿真分析试验,分析了浅埋隧道开挖施工引起的隧洞围岩及地表的沉降变形和应力释放特性规律.试验结果表明,开挖后拱顶围岩沉降变形明显,为施工支护重点控制部位;隧道底部将发生隆起,并随着距离隧道中心线越远,隆起趋于平缓;开挖将引起地表沉降变形,随距离隧道中心线越远沉降越小;开挖引起围岩应力释放大约在3倍洞径左右.     

上软下硬地层地铁隧道下穿既有城市道路的变形规律及控制措施研究

在上软下硬地层中进行隧道开挖时,常引起较大的地表沉降,危及既有建(构)筑物。文章依托深圳地铁7号线安托山停车场出入线下穿深圳北环大道工程,采用数值模拟和现场监控量测相结合的方法,利用三维有限差分软件FLAC~(3D)建立了下穿施工过程数值计算模型,分析"八"字形隧道下穿既有道路施工过程中,路面沉降特性及地层沉降规律,并通过现场多种监控量测手段加以对比验证。研究结果表明:地表沉降槽总体呈"人"字型,在隧道间距小于2.0D时,左右隧道拱顶沉降槽叠加效应明显。在隧道间距小于4.0D时,地表沉降有较大叠加;左右隧道开挖引起的上覆地层变形影响范围随深度增加而减小,减小速度随地层深度增加而增加;通过分析模拟过程中每一开挖步引起的地表沉降量,论述了超前支护措施对控制地表沉降的作用,并就超前注浆参数进行对比研究,进而优化了施工工法与支护对策。     

临近端头井盾构开挖引起土体沉降数值分析北大核心CSCD

文章以南昌地铁2号线雅苑路站施工为例,基于小应变硬化土体(HSS)本构模型,建立从端头井始发的双线盾构隧道掘进模型,分析了基坑开挖与双线盾构掘进共同作用下的土体沉降规律。结果表明:(1)加固盾构始发区土体可有效减弱区域范围内地表沉降,该区域内地表沉降量远小于区间隧道沉降量;(2)在同一埋深条件下,先建隧道地表沉降最大值高于后建隧道地表沉降最大值,地表横向沉降槽呈现非对称W型;(3)基坑开挖与盾构掘进共同作用下引起的地表沉降值,可以由二者单独作用产生的沉降值叠加计算得到。     

软土地区狭长型深基坑开挖引起深层土体变形分析

在深厚软土地层中开挖狭长型深基坑将对周边环境产生较大影响。文章通过建立三维有限元模型,采用HS-Small小应变本构模型模拟狭长基坑开挖过程软土变形特性,分析在狭长基坑开挖过程紧邻土体深层位移发展规律。结果表明:邻近土体竖向及水平位移对基坑开挖深度敏感,随着基坑开挖深度的增加而增大;水平位移发展曲线呈V形或弓形形态,最大水平位移基本与开挖深度一致;开挖深度以上土体发生沉降变形,而开挖深度以下土体由于基坑卸荷发生隆起变形;当拆除支撑而不及时施作新梁板结构时,将减弱整体支护刚度,引起地层水平位移与沉降。由于基坑空间效应影响,基坑长边测点水平及竖向位移最大,短边测点次之,坑角最小。     

考虑盾构隧道壁后间隙与注浆分布模式的地表沉降随机预测方法

盾构隧道施工中的壁后间隙、注浆分布模式、开挖面土体变形是影响地表沉降的三个主要因素,而这些因素又与地层条件和施工工艺密切相关,但现有研究中对这些因素量化分析的成果较少。文章基于随机介质理论,将上述三个影响因素分别用等效间隙量Δ1、等效间隙分布角α和负土体损失量Δ2来表示,推导出了盾构隧道施工中三维地表沉降预测公式,并将计算参数Δ1和α对地表沉降的影响进行量化分析;同时,根据实际工程中的沉降监测数据对参数取值进行反演分析,得出了盾构隧道施工中预测地表沉降的三维解。将文章提出方法的计算值与实测沉降值、修正Peck公式的计算值分别进行对比发现,该方法能更真实地预测实际地表沉降的大小和分布特征,证明了提出方法的合理性和反分析参数的可靠性。     

连续墙支挡结构的深基坑开挖过程有限元分析

各类深基坑的破坏大都是在基坑开挖过程中出现的支护结构的破坏,已经成为引起基坑失稳的主要原因。本文以某地铁车站深基坑为研究对象,利用PLSXIS有限元分析软件,对基坑开挖和支护的过程进行模拟分析,探讨了基坑开挖深度、支护结构位移、土体位移等问题,提出控制基坑失稳的方法和建议,为类似的深基坑工程的施工提供参考。     

下穿公路隧道大管棚施工地表沉降研究

在采用管棚支护的隧道施工中地表沉降主要由管棚施工地表沉降和隧道开挖地表沉降组成。文章结合厦门高崎下穿公路隧道的工程实际,运用现场量测和理论分析的手段,对大管棚施工引起的地表沉降规律进行了研究;现场监测数据也证明,通过公式计算能有效地预测大管棚施工引起的地表沉降,其计算分析结果具有一定的实用价值。     

邻近隧道及周围地层受深基坑开挖影响的现场监测研究

深大基坑施工诱发的运营隧道变形以及周围土体沉降等施工问题,在我国城市轨道交通施工安全控制和风险评估中受到日益关注。文章基于上海市交响乐团在建基坑工程,结合运营隧道以及基坑围护结构监测数据,分析了基坑不同开挖阶段周边地表沉降、地下连续墙变形、运营隧道收敛变形以及竖向位移的规律和特点。实测结果表明:周边地表总体呈下沉趋势,大致呈抛物线型分布;坑外土体侧斜和围护墙体侧移具有基本相同的变化规律,且均向基坑内侧移,开挖深度对土体侧移的影响并不是简单的线性关系;隧道的水平附加收敛表现为向外拉伸,随基坑开挖的进行,收敛变形增幅明显;隧道净沉降曲线与基坑周围土层、围护结构变形曲线的变化趋势具有较好的一致性;地下连续墙两侧SMW工法加固可有效控制隧道、坑外地表以及地下连续墙的变形。研究成果可为正确制定软土城区基坑施工对邻近地铁隧道的保护措施提供一定的理论依据。     

考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究

文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比)和不同隧道覆径比(隧道埋深与直径的比值)对隧道开挖面变形及地表沉降的影响规律,并探讨了流固耦合效应下开挖面失稳破坏模式。研究结果表明:(1)在隧道管片安装时间内,开挖面前方土体将在渗流作用下形成土拱效应,从而使开挖面支护压力比小于1。而未考虑流固耦合效应时,需要较大极限支护压力值才能保持隧道开挖面前方土体的稳定;(2)当考虑流固耦合效应时,隧道覆径比对开挖面稳定性影响有限,但对地表沉降有较大影响,且覆径比越大,地表沉降变大且影响范围较广;(3)在隧道管片安装时间内,开挖面前方虽在渗流影响下具有土拱效应,但随着支护压力减少及开挖面上部渗流场的共同作用,使得开挖面前方土拱效应减弱,继而使隧道开挖面上方与前方土体连通形成楔形土体滑动区。相比未考虑流固耦合的情况,其楔形体趋向于开口较大的漏斗状破坏形式。故在隧道施工过程中,应考虑流固耦合效应对开挖面变形及地表沉降的影响。     

砂土地层深基坑开挖引起下卧隧道变形机理研究

深基坑开挖引起的应力释放将不可避免地引起邻近隧道的附加应力和变形。通过开展三维有限元数值分析,研究了深基坑开挖尺寸和管片接头刚度对下卧隧道三维变形的影响。利用土工离心模型试验验证了有限元计算模型和结果的合理性。在基坑中心线下,隧道隆起和横向弯曲应变随基坑开挖长度的增大而增大。当基坑开挖长度为基坑开挖深度的9倍时,隧道隆起和横向弯曲应变达到峰值;隧道纵向弯曲应变几乎接近于零。当基坑开挖长度大于9倍的开挖深度时,基坑—土—隧道的相互作用可简化为平面应变问题。若不考虑短基坑的三维效应,基坑—土—隧道的平面应变简化将严重高估隧道隆起和横向弯曲应变。隧道隆起随接头刚度的增加而逐步降低,然而隧道横向和纵向弯曲应变随接头刚度的增加而增加。因此,带接头的非连续隧道假设为连续性结构,隧道隆起会被大大低估,而隧道弯曲应变则被高估很多。     

隧道管幕支护施工地表沉降预测方法研究

管幕顶管施工将对地层产生扰动,引起地层变形和地表沉降。目前常通过单管沉降叠加的方式进行群管施工地表沉降计算,未考虑管幕群管间相互作用。文章结合文林山隧道出口段采用螺旋出土套管顶进工艺进行管幕施工实例,基于随机介质理论和Mindlin解建立考虑地层损失和施工应力的单管顶进施工地表沉降计算方法,并引入群管施工地表沉降修正函数建立管幕群管施工地表沉降计算方法;采用提出的计算方法分析单管顶进施工和群管施工引起的地表沉降变化及分布规律,并通过FLAC3D数值模拟进行验证。结果表明:(1)管幕钢管顶进过程中地表先隆起后沉降,前方地表发生隆起,后方地表发生沉降;(2)管幕钢管顶进引起的地表变形由隧道中线向两侧逐渐衰减,影响基本在左右两侧12 m范围内;(3)后续顶进钢管引起的地表隆起小于第1根钢管,地表沉降大于第1根钢管。     

砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地表变形关系模型试验研究

为研究砂土地层盾构隧道开挖面支护压力和地表变形的关系,文章通过自制模型试验系统,测量了砂土土样地表变形和开挖面支护压力,分析研究了地表沉降、隆起与开挖面支护压力之间的关系。通过测量不同覆土厚度情况下的扰动区域范围,建立了开挖面前方土体沉降和隆起破坏模型;试验得到了开挖面支护压力和地表变形相关关系曲线,在此基础上,提出了以0.2%开挖洞径变形量作为实际支护压力设定的参考点,并结合朗肯土压力公式给出了维持开挖面稳定的极限支护压力上下限值。为便于应用,建议了维持地表特定变形量下的支护压力值。