砂性地层盖挖逆作地铁车站深基坑开挖变形特性及冗余度分析

为保证施工安全,确定围护结构安全冗余度,依托北京某盖挖逆作地铁车站基坑工程,建立基于修正剑桥模型的三维精细化数值模型,在通过现场实测数据验证数值模型合理性的基础上,改变地下连续墙、楼板厚度和立柱直径,分析围护结构参数变化对基坑形变及围护结构抵御连续破坏冗余度变化影响的规律。研究结果表明:1)基坑的空间效应及坑角效应的耦合作用导致地下连续墙最大水平位移值分布规律为基坑长边地下连续墙中部水平位移最大、其他位置水平位移值相对较小,基坑短边地下连续墙水平位移最小;2)随地下连续墙和楼板厚度变小,地下连续墙深层水平位移逐渐增大,且地下连续墙最大水平位移值的变化量呈指数形式增长,地表沉降值逐渐增大,地表沉降主要发生于2倍基坑深度范围内,2~4倍基坑深度范围内地表沉降已经不显著;3)盖挖逆作法施工中楼板相比于明挖法中内支撑刚度更大抵抗变形能力更强,但是围护结构的水平变形仍在一定程度上受到地质条件、结构材料等影响;4)墙体厚度和楼板厚度达到1.0 m时,竖向围护结构冗余度趋于稳定,持续增大墙体和楼板厚度对于结构抵御连续破坏的能力不会持续增大。

基于冗余度的非对称基坑双环梁支护结构抗连续性破坏分析

为解决非对称基坑环梁支护体系局部失效导致基坑发生连续破坏问题,依托北京某基坑工程,通过三维有限元模拟结合现场实测,研究地表沉降、地下连续墙水平位移以及支撑结构内力(弯矩、轴力)的演化规律,数值模拟结果与现场监测结果具有很好的一致性;针对环形支撑不同角撑方案,利用“拆除杆件法”分析非对称双环梁支撑结构的抗倒塌能力;最后,采用冗余度理论计算得到各方案各支撑的强度冗余度和刚度冗余度。研究表明:1)基坑呈阶梯状开挖坑中坑时,处于中间高度的地表沉降受到两侧土体高度和边界距离的共同影响,距离越近影响越大;2)地下连续墙水平位移随基坑开挖深度呈“弓”形分布,在支撑位置处发生突变,位移变化速度受两侧基坑深度及支撑体系共同影响;3)非对称基坑大环梁各部位轴力及弯矩随开挖步序离散程度逐渐增大,环梁各部位杆件冗余度离散程度同样升高;4)支撑内力离散程度与基坑跨度及开挖深度呈正相关,增加传力路径可有效缓解内力离散,但当传力路径增大到一定程度缓解效果减弱;5)角撑位置对整体支撑体系内力分配影响较大,中间角撑失效时强度冗余度绝对值趋近于1;6)中间位置角撑对结构倒塌的抵御能力影响最大,最短角撑失效对结构刚度影响最小。

注浆微型钢管桩单、群桩力学性能的数值分析

基于位移加载法模拟微型钢管桩受力性能,综合分析了加载过程中,桩长L、桩体数量N、桩间距S、桩体排布形式、嵌岩深度等因素对单、群桩力学性能和群桩效应的影响。研究结果表明:单桩极限承载力随着桩长增加逐渐增加,;群桩最大轴力变化规律:角桩>边桩>中心桩;同等条件下,增加桩数量,承载力和群桩效应系数η相应增大;桩数不变,承载力随桩间距增大而增大,群桩效应系数逐渐减小,桩间距等于5倍桩径(S=5D)时承载力和群桩效应系数均趋于稳定,故S=5D为临界桩间距;梅花形排布方式比矩形排布平均单桩承载力提升高4.7%,群桩效应系数降低10.2%;嵌岩深度增加,单、群桩极限承载力增加且幅度较小,故嵌岩深度对单、群桩承载能力影响不明显。

注浆微型钢管桩体轴向承载特性的试验研究

针对注浆微型钢管桩用于桩基工程时的承载与变形性能的研究相对较少,借助室内试验研究钢管直径d和壁厚t、桩体长H、浆体水灰比、钢管表面布孔直径r和间距s等因素对微型钢管桩轴向承载、变形和破坏模式的影响。结果表明:钢管直径和壁厚是影响微型钢管桩轴向极限荷载的主要因素,随着钢管直径和壁厚增加,极限荷载近似呈线性增加,破坏模式由脆性破坏向延性破坏发展;增加桩长或注浆体水灰比,极限荷载呈减少趋势;当钢管直径与桩径之比增至0.59≤d/D≤0.72时,试验桩长、注浆水灰比和钢管表面布孔形式对轴向极限荷载的影响较小;进而基于桩体轴向承载特性及钢管受力与应变分析,提出了合理桩径比值为0.59≤d/D≤0.72,并提出了微型钢管桩轴向极限荷载计算公式。

注浆微型钢管桩桩体力学性能的试验和数值分析

基于塑性损伤模型分析微型钢管桩桩体性能的有限元数值方法,综合对比研究钢管直径d、壁厚t、桩体直径D、长度H以及注浆体水灰比等因素对注浆微型钢管桩桩体力学性能的影响,并借助模型试验验证了数值结果的可靠性,研究结果表明:随着钢管与桩体直径比d/D的增大,微型钢管桩桩体极限承载力相应增加,且d/D为0.28和0.72是微型钢管桩极限承载力发生显著变化的临界值,微型钢管桩桩体以钢管发生屈曲破坏、钢管与外包浆体共同破坏和钢管外包注浆体破坏为主,不同破坏模型下微型钢管桩桩体极限承载力表达式不同;理论计算结果与试验和数值模拟结果吻合较好;钢管直径相同而壁厚增加时,桩体极限荷载值呈线性增大,桩体轴向荷载与轴向应变曲线由壁厚较小时的软化特征逐渐向理想塑性和硬化特征发展;桩径和d/D相同时,注浆体抗压强度降低约45%时,桩体极限承载力仅减少约7.1%,表明提升注浆体水灰比对微型钢管桩桩体承载能力的影响不明显。