Numerical Analyses of Bearing Capacity of Deep-Embedded Large-Diameter Cylindrical Structure on Soft Ground Against Lateral Loads

Presented in this paper is a three-dimensional plastic limit analysis method of bearing capacity of the deeply-embedded large-diameter cylindrical structure in the cross-anisotmpic soft ground. The most likely failure mechanism is assumed to be of a composite rupture surface which is composed of an individual wedge in the passive zone or two wedges in both active and passive zones near the mudline, depending on the separation or bonding state at the interface between the cylindrical structure and neighboring soils in the active wedge, and a truncated spherical slip surface at the base of the cylinder when the structure tends to overturn around a point located on the symmetry axis of the structure. The cylindrical structure and soil interaction system under consideration is also numerically analyzed by the finite element method by virtue of the general-purpose FEM software ABAQUS, in which the soil is assumed to obey tie Hill＇s criterion of yield. Both the failure mechanism assumed and the plastic limit analysis predictions are validated by numerical computations based on FEM. For the K0-consolidated ground of clays typically with anisotropic undrained strength property, it is indicated through a parametric study that limit analysis without consideration of anisotropy of soil overestimates the lateral ultimate bearing capacity of a deeply-embedded cylindrical structure in soft ground in a certain condition.

Smoothed response spectra including soil-structure interaction effects

Elastic response spectra that take into account the effects of soil-structure interaction on soft soils are developed. The response spectra are calculated utilizing a 3 DOF system including deformations of the superstructure and foundation. The equations of motion of the system are solved using direct integration under normalized earthquake records. Statistical processing of the results is implemented resulting in response spectra for "short and dense buildings with low interaction", "short and dense buildings with high interaction", "tall and light buildings with low interaction" and "tall and light buildings with high interaction". The resulting response spectra are smoothed and discussed.

高承压水软土地区联络通道盾构法施工对区间盾构隧道影响分析

[目的]盾构法联络通道施工过程中,顶推及切削作用将导致隧道交叉连接处受力显著变化,加剧破洞影响,减弱安全性能。为高效实现施工控制,需对主隧道结构受力特性进行深入研究。[方法]以天津地铁首个盾构法联络通道工程实例为依托,结合有限元软件模拟盾构法联络通道施工过程,分析该工法对主隧道结构受力与变形的影响,并提出相应控制措施。[结果及结论]在联络通道始发阶段,始发隧道受顶推和切削作用,洞口附近管片变形与受力变化显著,洞口对侧拱腰处管片水平位移最大;在接收阶段,接收隧道受切削作用和土体开挖卸荷影响,洞口附近管片内力变化显著,产生偏向联络通道的变形。整体上,受影响范围主要集中在联络通道轴线两侧各约10 m范围内,约3倍联络通道外径。基于此,需关注被顶推及洞口附近等重点位置管片,在保障施工安全的前提下,可优化内支撑体系,通过减少台车撑靴支撑范围至2倍联络通道外径、减小台车钢板厚度或支撑钢管壁厚等方式降低工程造价。

软土地层基坑群模型试验相似材料研制及应用

针对基坑群连续开挖存在的耦合效应问题,首先确定相似材料配比方案,通过正交试验得出合理的配比材料,进而设计基坑群模型试验来研究两侧基坑叠加作用影响下车站基坑的围护结构和土体表层变形.研究结果表明:满足该软土地层相似常数的土层材料配比为(石英砂∶滑石粉∶双飞粉∶膨润土∶水=0.27∶0.27∶0.232∶0.058∶0.17);基坑群开挖时由于相邻墙体引起的墙后土拱效应叠加导致坑间土体水平应力降低,围护结构受力和变形量减小,坑间土体沉降量增大;基坑间距是支护结构变形的主要影响因素,两侧基坑间距位于1H~2H之间(H为基坑深度),接近1倍开挖深度一侧的叠加影响大于接近2倍开挖深度一侧.

土结构性对软土振动排水量的影响

针对当前振动排水法加固软土地基未考虑土结构性影响的研究空白,以衡量振动排水效果的标准中最具代表性的振动排水量为研究对象,探讨土结构性对软土振动排水量的影响;通过掺入不同质量的水泥调节软土的胶结程度,使用盐粒构造大孔隙结构,对孔隙比分别为1.3、 1.5、 1.7,掺入水泥的质量分数分别为2%、 4%、 6%,掺入盐粒的质量分数分别为0、 5%、 10%的结构性软土进行围压分别为40、 70、 120 kPa的振动排水试验,分析孔隙比、胶结程度、大孔隙结构3个结构性因素影响下软土的振动排水效果。结果表明:孔隙比对结构性软土振动排水效果的影响最大,在相同围压时,结构性软土的振动排水量随着孔隙比的增大而增大,随着胶结程度和大孔隙结构的增大而减小;围压的增大会劣化结构性软土的振动排水效果;在中、低围压时,胶结程度对结构性软土振动排水效果的影响较大且随着围压的增大而逐渐减小,大孔隙结构对结构性软土振动排水效果的影响较小。

典型软土地层管廊基坑垫层换撑可行性研究

针对基坑传统换撑方法换撑工序复杂,对管廊结构施工延续性及施工效率影响较大的问题,基于典型软土地层,以广东中山某管廊深基坑工程为背景,提出了利用垫层换撑的新方法.首先,对基坑进行三维Abaqus数值模拟并与实测数据进行对比分析;然后,提出垫层换撑方法并进行数值模拟正交试验,探究采用垫层换撑方法在拆撑后不同因素对基坑围护结构变形影响情况;最后,通过现场试验验证管廊深基坑垫层换撑新方法的合理性和可行性,并将垫层换撑方法与传统换撑方法对于围护结构水平位移影响进行对比.研究结果表明:影响围护结构变形的3个主要因素为垫层改良区域(垫层梁)厚度、混凝土强度等级和纵向钢筋直径,其中垫层改良区域(垫层梁)的厚度极差最大,为影响围护结构变形最显著的因素;垫层换撑现场实验在拆除底部横撑后,围护结构最大水平位移平均实测值仅为21.79 mm,有效解决了软土区围护结构易变形过大的问题,验证了垫层换撑方法的适用性;在基坑地层及开挖条件相同情况下,采用垫层换撑方法围护结构最大水平位移约为传统方法的84%,相较于传统换撑方法能够更好地控制基坑变形.

软土地层45m级超深基坑工程实测变形性状分析

以上海软土地区某挖深45m级超深基坑工程为背景,分析了其实测变形特性。结果表明:地下连续墙的侧向位移随开挖深度的增大而逐渐变大,且变形空间效应显著;由于开挖深度大,地下连续墙的绝对侧向变形量也较大,但最大侧向位移平均值与开挖深度的比值仅为0.43%,与上海软土地区挖深小于30m的基坑变形统计平均值接近;地下连续墙及立柱受开挖卸荷影响,竖向位移表现为隆起,且在底板浇筑工况下隆起值趋于稳定,立柱的最大回弹达65mm;各道支撑轴力增量基本发生在紧邻下方土体开挖工况,且最大轴力值基本发生在第六、七、八道支撑中;基坑外地表沉降均呈“凹槽形”,随施工阶段的推移地表沉降逐步增加,且发生最大沉降的位置随之逐步向坑外发展,而无量纲化地表沉降仍处于上海软土地区统计的沉降包络线范围之内;此外,基坑周边管线、磁悬浮的变形均较小,表明基坑工程的安全可控。

软土深基坑变形及环境影响分析方法与控制技术

随着基坑规模日益增大以及邻近环境设施愈加复杂,合理评估并控制基坑变形及对周边环境影响成为软土基坑工程面临的重要挑战。基于理论分析与工程应用,对软土深基坑变形与环境影响分析方法及控制技术进行了系统研究。首先,在统筹考虑安全与经济的前提下,提出了软土深基坑环境保护等级和变形控制指标,为基坑周边不同类型环境设施的保护提供了依据。其次,系统建立了便于工程应用的基坑变形影响简化分析方法,并提出了基于土体小应变特性的基坑开挖对环境影响的计算分析方法以及确定全套小应变本构模型参数的实用方法,为复杂环境下深基坑环境影响分析提供了重要手段。同时,针对承压水降水影响难以准确量化评估的难题,提出了根据群井抽水试验反演确定关键水文地质参数并评估深层承压水降水对地层和环境变形影响的计算方法,满足了复杂地层承压水降水影响分析的工程需求。此外,还提出了包括支护结构与主体地下结构相结合、数字化微扰动搅拌桩加固、混凝土支撑主动变形控制、承压水控制超深隔渗帷幕等绿色、低碳、环境低影响的基坑变形控制新技术。成果在全国大量工程中成功应用,促进了软土深基坑工程全过程变形影响精细化分析和系统化控制技术的发展,为大规模地下空间的开发利用提供了技术支撑。

嵌岩深度和加固范围对深厚软土桩基托梁结构的性能影响

以某新建铁路工程为例,基于有限元软件,以钻孔灌注桩桩基嵌入基岩深度(5种嵌岩深度)和桩前旋喷桩加固区范围大小(6种不同排数旋喷桩加固范围)作为控制变量,研究桩基的力学特性和路基面沉降。结果表明:灌注桩桩基的最大水平应力出现在土石界面附近,增加桩基的嵌岩深度和增加桩前旋喷桩排数都可有效降低桩基的水平变形和路基面沉降,桩基嵌岩深度为1D(D为灌注桩直径)或桩前旋喷桩为3排时,变化速率出现由快到慢的拐点。选择桩基长度为16m、桩前旋喷桩为3排的加固方式,具有较好的经济性。

苏州S1轨道线粉质黏土地层工程地质分析

长三角地区的海相软土具有强度低、压缩性大、结构性明显等特点,使得该地区地铁施工中常出现渗透管涌和塌陷等施工安全事故。针对苏州S1轨道线施工中遇到粉质黏土层的上述软土特点,首先进行土体现场勘探,获得现场土体部分数据,对其工程地质特征进行分析,然后对获得的现场施工土体进行室内土工试验,通过改变实验土样水泥配比来改变土的结构性,以达到原状土特性的目的。通过三轴试验,确定当重塑原状土配比为1%时,土的结构性更接近原状土。最后根据苏州软土特点,提出针对性措施,为地铁施工提供有效的技术指导。

软土地区既有管桩利用条件下的基坑围护结构设计与施工

城市更新中,原有建筑的支护桩、工程桩、地下室等结构遗留在建设场地内成为地下障碍物,直接影响到工程的进度与质量。以杭州市某深基坑工程为实例,研究了既有管桩在新建工程中二次利用的条件下,围护结构设计施工时对遗留的地下障碍物采取避让措施,并针对软土地区深大基坑土方工程量大、土方挖运效率低下的难点,结合支撑栈桥的布置,设计了钢筋混凝土下坑斜栈桥,降低深层土方的挖深,使土方车直接下坑至挖土点进行装运,提高了土方施工效率,有效地减少了施工过程中基坑的变形,降低了基坑施工对周边环境的影响。

暗浜软土地区大规模深基坑支护施工方案设计

文中结合某大型深基坑工程实践,对暗浜软土地区的深基坑支护方案设计、土方开挖设计及降水设计进行了分析,并对基坑的施工效果进行监测。结果表明,该工程采用的支护结构方案为放坡+重力坝、放坡+工法桩+钢支撑,周边地面累计沉降量为22.4 mm,周边管线累计沉降量为12.3 mm,支护结构顶部累计竖向位移为27.5 mm,支护结构顶部累计水平位移为30.4 mm及支撑轴力水平力为2500 kN,所有监测点处的基坑周边沉降及支护结构变形量均未超过预警值,证明本工程采用的支护结构方案及施工技术安全可靠。

深厚软土区域水泥土强度影响因素与变形特征试验研究

针对深厚软土地区影响重力式水泥土墙强度的敏感因素如水泥标号、水灰质量比、水泥掺量、养护龄期等,通过室内试验得到了多因素耦合的强度变化规律,并结合水泥土墙变形分析提出了重力式水泥土墙变形控制的有效方法,为进一步研究深厚软土地区此类支护结构的适用性和优化设计提供参考。

超挖对软土基坑工程稳定性的影响分析

为了研究软土基坑超挖对稳定性的影响,结合珠海地区软土基坑典型案例,分析了超挖对基坑支护工程及基础工程的影响。结合理论计算,分析了基坑在未超挖和超挖条件下支护结构的变形和弯矩变化。研究表明:在局部超挖工况下,由于软土的流变性和触变性,会导致主基坑支护结构位移超限,甚至出现坑底隆起、深层滑移以及工程桩的破坏。建议采取加宽、加深坑内加固设施,管桩后搅拌桩加固以及增加桩顶放坡等一种或多种方法相结合的形式来保证基坑的安全和稳定。研究结果为类似软土基坑的超挖施工提供理论借鉴。

邻近机场共用排桩围护结构深基坑的变形监测分析

以上海某机场基坑施工为例,对共用排桩围护深基坑进行结构计算,同时在不同施工阶段进行监测,分析基坑围护和开挖对坑外地表沉降、周边建筑物和管线沉降、地下连续墙水平位移和支撑轴力的影响。研究结果表明,在基坑开挖过程中,坑外地表沉降的形态变化从三角形到凹槽形,管线沉降变化规律与坑外地表沉降的规律具有较好的一致性。建筑物的纵墙与基坑边平行时,深基坑开挖对建筑物的影响较大,导致发生不均匀沉降,而共用围护结构可以增强相邻建筑物的稳定性和安全性。支护内力的计算结果与监测值相比偏小,坑外地表沉降的计算也与实际差异较大,共用排桩围护结构深基坑的结构计算方式与普通深基坑不同,研究成果可为软土地基共用排桩围护深基坑设计和施工提供一定的借鉴。

大直径钢圆筒结构稳定性离心模型试验研究

大直径钢圆筒结构是近年来兴起的一种新型水工结构形式,具有结构简单、施工速度快、结构受力条件好、造价低等优点,能够适应水深浪大的恶劣环境,在软土地区具有广阔的应用前景。在钢圆筒施工过程中,其在风浪荷载下的稳定性是工程关注的主要问题。以东海某码头工程钢圆筒护岸为研究对象,通过土工离心模型试验,研究钢圆筒结构的破坏模式和稳定性,并对位移、筒壁土压力、筒身应变等进行分析。结果表明:软土地基上钢圆筒结构在水平荷载作用下的失稳破坏模式主要表现为倾斜失稳,而不是整体平移;钢圆筒失稳破坏时的极限荷载约为其所受水平荷载的2倍;在水平荷载作用下,陆侧筒壁土压力逐渐升高,海侧筒壁土压力逐渐降低,陆侧筒壁土压力明显大于海侧;筒身应变随深度的增加而增大,钢圆筒底部的筒身应力明显大于上部。

考虑SMW工法桩型钢布置方式的软土地区基坑变形分析

本文针对采用SMW(soil mixing wall)工法桩的长大深基坑围护的变形受力特点,通过有限元对杭州地区某软土基坑进行三维建模,基于围护结构的水平位移、周边地表沉降以及深层土体位移的变化规律,探究SMW工法桩型钢布置形式、软弱土层分布以及土体性能对基坑变形的影响。对比分析数值模拟结果可知:型钢间距越密集,SMW工法桩侧向水平位移、地表沉降以及深层土体位移越小;其中“密插型”布置方法比“插一跳一型”的围护结构位移最大值减小8.16%~9.74%,周边地表沉降最大值减小约10.00%~23.53%。软弱土层厚度对基坑变形影响较大,软弱土层越厚基坑围护结构变形值与地表沉降值越大,软弱土层厚度增大后,围护结构侧向位移增大14.55%~42.22%、地表沉降增大2~7倍。通过上述研究分析结果,能为采用SMW工法桩的类似基坑围护设计提供参考经验。

珠海地区软土基坑支护桩变形异常分析

软土给基坑支护设计和施工带来较大的难度和风险,以珠海市斗门区某软土基坑为典型案例,通过分析基坑在开挖过程中支护桩变形异常的原因,并提出应对措施。研究表明:软土基坑支护桩变形异常的原因主要有淤泥深厚且分布不均、未及时浇筑垫层和底板以及临边荷载超限。根据异常原因提出了加厚垫层、加快底板施工、信息化施工和限制荷载等方面的应对措施,最后分析监测数据得出控制措施对软土基坑支护桩变形控制效果显著,满足施工要求。研究结果可为类似软土基坑设计和施工提供借鉴。

沿海软土地区综合管廊运营初期结构病害调研及处理措施——以徐圩新区综合管廊为例

目前我国综合管廊建设规模较大,且多数分布在沿海软土地区,在运营初期廊内普遍存在病害发展较快且较隐蔽等问题。基于处于运营初期的连云港市徐圩新区城市地下综合管廊实际工程案例,针对管廊内存在的裂缝、渗漏、积水、错台等病害进行调研与分析。根据检查结果分析管廊病害发生原因并提出相应解决措施,为类似地质条件下的综合管廊建设和维养提供了参考和借鉴。

斜顶板桩承台接岸结构优化设计

针对斜顶板桩承台接岸结构造价较高的问题,结合洋山港区实际应用情况进行优化设计研究。采用与已建结构相同的计算方法进行使用条件和结构受力特点的对比分析,得出类似结构在软土地基的大型集装箱码头中应用可以显著优化结构。采取分级实施墙后棱体、取消后排支撑桩、利用组合钢板桩优化密排钢管板桩、将承台简化为导梁等优化措施,形成一种新的半直立式接岸结构形式,即斜顶板桩结构。结果表明:斜顶板桩与下级棱体组成的独立稳定结构体系较好地适应了前期软土地基高填土的变形特点和后期上部结构的使用要求。新结构更合理地利用桩基结构承载能力,明显提高了经济性,有利于在软基地区的类似工程中推广。