Semi-Deep Skirted Foundations and Numerical Solution to Evaluate Bearing Capacity

Semi-deep foundations are a remarkable solution in conditions where the soil beneath the foundation is loose to a great depth and there is no possible way to use any way of soil improvement and applying piles would not be a logical way considering their cost and time of enforcing. Skirted foundations are a type of semi-deep foundations that can penetrate to the soil up to two times of their breadth. Estimating bearing capacity of these foundations is a long geotechnical problem for engineers whether under absolute or combined loading because of their usage in offshore and onshore projects. For estimating the vertical bearing capacity of these foundations, series of finite element analyses were performed for a range of embedment ratios to investigate the effect of the length of the skirt. The foundation has been modelled with two different types of soil and the results validated with previous analytical, numerical and experimental researches. In addition, the bearing capacity of a skirted foundation under combined loading in V-H space has been analyzed by this approach and the 2-dimentional failure envelope has been presented.

带翼缘板嵌入式连接件抗剪性能提升试验研究

为防止波纹钢腹板PC箱梁桥带翼缘板嵌入式连接件翼缘板过早失稳导致失去抗剪能力,在翼缘板宽厚比较大处焊接栓钉。设计制作7组足尺试件进行推出试验,分析栓钉强化的带翼缘板嵌入式连接件在剪力作用下的破坏形态和荷载滑移性能,以及翼缘板宽厚比、腹板嵌入深度、翼缘板栓钉、腹板厚度和接合钢筋直径对抗剪性能的影响,并验证嵌入式连接件极限承载力计算公式适用性。结果表明:栓钉强化的带翼缘板嵌入式连接件试件破坏模式为混凝土劈裂,荷载~滑移曲线分为弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段。在翼缘板宽厚比较大处焊接栓钉,阻止了翼缘板失稳,抗剪承载力得到显著提高;翼缘板宽厚比、腹板嵌入深度对栓钉强化的带翼缘板嵌入式连接件的抗剪性能影响较明显,而腹板厚度和接合钢筋直径的影响可以忽略。带翼缘板嵌入式连接件承载力修正计算公式与推出试验结果吻合度较好,可适用于栓钉强化的带翼缘板嵌入式连接件的设计计算。

苏州地铁车站基坑多支点咬合桩插入比分析

以苏州地铁一号线南施街站咬合桩支护结构为例,运用深基坑支护结构分析软件,对插入比与基坑变形、支护结构内力的关系进行了分析.结果表明,咬合桩的最大侧移并非随插入比的增加而无限制地减小,当插入比达到一定值后,继续增加插入比几乎不能减小咬合桩的最大侧移;插入比对最大坑外地表沉降、最大支撑轴力、咬合桩桩身最大弯矩和最大剪力的影响与此类似.因此,在满足抗渗流稳定性验算的条件下,苏州地铁车站基坑多支点咬合桩的插入比建议取为0.7～0.8,这样既能保证基坑的稳定和支护结构的安全,又能减少工程量,降低工程造价,且优化后的咬合桩支护结构仍具有较大的安全储备.该研究可为后续地铁线路及城市高层建筑的基坑设计提供借鉴.

反压土对悬臂式支护结构嵌固深度的影响研究

基于Rankine土压力理论、滑移线场理论和Boussinesq解答在均布条形荷载作用下的表达式,建立了考虑反压土自重对坑底土体水平抗力的增强作用和反压土本身的嵌固作用两种机制时悬臂式支护结构嵌固深度的计算方法,并进行了算例分析。研究表明:虽然反压土能提供给支护结构的水平抗力较小,但由于其合力力臂较大,因此对支护结构有明显的嵌固作用;另外,反压土的自重能明显提高坑底土体的水平抗力。综合考虑反压土的以上效应后,支护结构的嵌固深度可以明显减小。基坑内侧预留反压土的施工方法可以省去水平支撑、降低支护结构深度,还可以节约投资和缩短工期,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。因此,在条件许可的情况下,该施工方法应优先选用。

深基坑基底软土稳定性研究

利用土力学中的极限平衡理论 ,详细地论述并推导出一种定量分析深基坑基底软土稳定性的计算方法 ,其特点是能够合理地考虑各种土体加固对基底稳定安全系数KS 增值的效应。还探索了KS 的变化规律 。

软土超深基坑失稳破坏的离心模型试验研究

通过土工离心机对三组挖深24 m软土超深基坑的开挖施工过程及失稳破坏进行模拟,研究了软土超深基坑稳定影响因素、破坏特征与征兆等.结果显示,墙趾进入硬土层后的嵌固作用对"踢脚"变形控制非常有利,也显著提高了基坑稳定性.嵌固作用在墙趾插入到硬土层中一定深度以后不再随插入深度增加而增强.挡墙位于上海典型软黏土中且不进入硬土层时,其临界插入深度比为0.78.软土深基坑失稳破坏征兆:(1)挡墙"踢脚"明显,量值约为墙体最大水平位移1/3;(2)坑外地表沉降达到1.38%H(开挖深度),地面出现大量横裂缝;(3)坑底靠近挡墙的土体隆起大于基坑中部,最大量值达到3.1%～3.8%H;(4)坑内土体处于被动土压力极限状态.可用于综合评判基坑的稳定性,指导类似超深基坑的设计、施工和安全监控.

基坑开挖卸荷影响深度分析

目前在基坑设计与计算中,大多只是凭借经验来选取卸荷影响深度.该文通过大量的卸荷应力路径试验,模拟了基坑开挖时坑底被动区土体的受力过程,分析了竖向卸荷条件下土体竖向变形及侧应力的变化.通过对坑底被动区土体回弹应变和侧应力随卸荷比变化规律的研究,得出了基坑开挖工程中卸荷影响深度的估算方法,其结果对基坑工程设计具有一定的参考价值.

扩径率与入岩深度对岩基挖孔基础抗拔承载特性影响的试验研究

扩径率和入岩深度是影响岩基挖孔基础抗拔承载特性的两个重要因素。通过开展8个不同扩径率、不同入岩深度挖孔基础的现场真型上拔静载试验,从荷载位移变化规律、抗拔承载力和地基岩体破坏模式三方面分析了扩径率与入岩深度对基础抗拔承载特性的影响,结果表明扩径率对荷载位移曲线初始线性阶段影响显著。采用图解法分别获得代表基础低、中、高3种承载能力的抗拔承载力Q_(L1)、Q_(DLI)、Q_(L2),分析表明,随着扩径率与入岩深度的增加,基础抗拔承载力均有不同程度提高,但两种因素对基础承载力影响机制不同,扩径率可明显提高初始弹性阶段的承载力Q_(L1),而入岩深度可明显提高塑性阶段的承载力Q_(DLI)和Q_(L2)。通过分析地基破坏时地表岩体裂缝的分布特征,得出岩基中上拔岩体的破坏模式与基础结构型式无关,均是从基底开始出现裂缝,沿着一定角度的开口延伸至地面,直至地基发生破坏,并且破坏范围随着入岩深度的增加而减小。综合考虑基础施工安全性、经济性和机械化程度,建议优先选择加深入岩深度的措施来提高基础抗拔承载力。

嵌岩桩的嵌固效应及载荷试验P～s曲线特征分析

本文主要讨论影响嵌固效应和端承力发挥的两个重要因素：往身混凝土、桩周岩体的强度以及嵌岩比大小，两者的一定组合决定了桩的类型；总结了嵌岩桩载荷试验的典型Ｐ—Ｓ曲线特征，指出以桩端持力层强度控制的嵌岩桩，按常规方法确定其极限荷载，其安全格度偏大。

考虑二维和三维尺寸效应的基坑抗隆起稳定安全系数

大量工程实践均表明,小尺寸基坑具有更好的稳定性,表现出明显的尺寸效应。但现有规范推荐的基坑稳定分析方法均假设基坑宽度和尺寸对安全系数没有影响,造成小尺寸和狭窄基坑围护设计的巨大浪费。目前,还没有采用解析方法计算的安全系数能够合理地考虑基坑的三维尺寸效应。为解决基坑稳定性的三维尺寸效应问题,提出了一个新的基坑安全系数W K,把基坑底隆起失稳问题简化为弹性半空间上在坑底施加一个负载所引起的塑性区扩展问题。基坑开挖形成的负载绝对值为1H。围护墙的存在导致基坑达到失稳极限状态时的塑性区向下扩展延伸,当塑性区的破裂面通过围护墙底时达到负载的极限状态。采用弹性力学解析解可计算出负载引起的附加应力,与地应力场叠加可计算出极限负载u p的大小,考虑坑外超载q后,定义W u 1K p/(H q)。利用这个新的安全系数不但可以分析长条形基坑宽度和矩形基坑大小对围护结构稳定性的影响,还可以针对基坑不同位置计算安全系数。本文方法为利用基坑的二维和三维尺寸和空间效应缩短围护结构入土深度提供了一个有力的理论工具,有极高的推广应用价值。

深基坑二次支护失稳与加固——以湖南某商住楼基坑为例

某深基坑经历两次支护设计,在开挖过程中,仍出现了支护结构失稳现象,笔者介绍了这两次支护的结构形式,分析了失稳原因,并在原有支护上提出了加固措施,解决了支护结构失稳问题,取得了良好的经济效益。

基坑工程悬臂式支挡结构嵌固深度计算方法改进建议

国内基坑设计规范对悬臂式支挡结构嵌固深度的计算规定有较大争议,安全富余不足;欧洲标准和英国标准中的计算规定虽然理论正确,但采用传统简化方法计算得到的嵌固深度偏于保守。对悬臂式支挡结构嵌固深度的计算原理进行总结,并对国际和国内基坑设计规范中相关规定存在的问题进行分析。建议采用分项系数法并考虑严格的力和力矩平衡条件,进行悬臂式支挡结构的嵌固深度计算,得到的嵌固深度大于国内设计规范的计算结果,小于国际上通用简化方法的计算结果。采用改进的计算方法在理论上更合理,可以保障悬臂式支挡结构的安全和经济性。

大尺度坑中坑对基坑稳定性的影响分析

为了分析坑中坑对基坑稳定性的影响,以工程实例为依托建立了数值模型,分析了坑中坑开挖深度、坡度、平台宽度对支护桩顶位移的影响。分析结果显示:随着开挖深度及坡度的增加及平台宽度的减小,支护桩顶位移呈增大趋势;在不同的平台宽度及开挖坡度下,坑中坑开挖存在临界深度,在确定了开挖深度后又存在临界平台宽度;随着面积比的增大,支护桩顶位移逐渐减小,面积比达一定数值时,支护桩顶位移不再减小,即只要预留足够的平台宽度,坑中坑对基坑稳定性几乎无影响。分析成果可为坑中坑的稳定性设计提供参考。

基于虚拟嵌固点法的桩基稳定性数值分析

运用桩基托换支撑既有建筑物地下增层时,随着桩周土的开挖,桩的稳定性会降低。因此,开展在桩周土开挖条件下的桩基稳定性的研究尤其重要。针对虚拟嵌固点法缺少半嵌固状态桩基稳定性计算公式的问题,文章利用ANSYS程序建立二维有限元模型,分析了在桩周土开挖条件下的桩的稳定性,建立了基于虚拟嵌固点法的半嵌固状态桩的稳定性计算公式,并对其进行了验证。结果表明:随着桩入土深度的增加,桩的稳定性系数趋近一定值,符合虚拟嵌固点法的基本假定;在桩周土开挖深度不变的条件下,桩径越大、桩周土水平反力系数越大、桩外露长度越小、桩顶约束越强则桩的稳定性系数越大;在桩身长度不变的条件下,随着桩周土开挖深度的增加,桩的稳定性系数降低;提出的基于虚拟嵌固点法的半嵌固状态下稳定性计算公式,其计算结果和数值分析的结果平均误差率仅有8.1%,与规范公式相比更符合桩的实际受力状态。

管-砂土横向相互作用中土体极限承载力

为了解决国内外规范中关于管-土相互作用横向承载力系数取值方面存在不足的问题,基于Trautmann管-砂土横向相互作用试验,利用ABAQUS软件进行了相应的数值模拟.首先,利用模型试验结果对数值模型进行正确性验证,进一步分析了管径变化、深埋对土体承载力系数取值的影响,研究分析发现:深径比一定时,随着管径的增加,横向承载力系数减小;横向承载力系数与深径比的关系呈指数型曲线变化规律,并从土拱效应的角度解释了呈现该规律的原因.最后,针对砂土地基,建议了一个以深径比、管径、土体内摩擦角为自变量的土体承载力系数计算公式.

坑底软土夹层较薄基坑以最下层支点为轴心的滑动隆起研究

2012版《建筑基坑支护技术规程》对于锚拉式、内支撑式支挡结构,新增了当坑底以下为软土时,尚应以最下层支点为轴心的圆弧滑动模式验算基坑抗隆起稳定性的规定,并给出了解析解计算公式,该公式对基坑设计嵌固深度影响很大,大大增加了基坑支护造价。对坑底存在软土夹层基坑进行了有限元分析,得出了标准荷载作用下基坑位移变形云图、极限状态下基坑破坏机理的总位移增量云图。结果表明:软土夹层厚度较小的基坑,以最下层支点为轴心的圆弧滑动模式验算增加的嵌固深度,对于基坑位移影响较小、对破坏机理有一定程度的影响,只要有限元稳定安全系数满足规范要求,可以不进行以最下层支点为轴心的滑动模式验算。

分块型K管片用于盾构扩挖地铁车站的风险控制

将既有的模型试验研究得到的分块型K管片接触面轴力与弯矩临界包络线,作为分块型K管片用于盾构扩挖车站时的风险控制标准,以埋置深度、施工工况和扩挖错距作为关键影响因素,分析分块型K管片应用于盾构扩挖车站的风险控制问题。结果表明:分块结构的接触面经历了一个由上部区域转移到下部区域,再转移回到上部区域的受压复杂变化过程;扣拱扩挖对接触面的内力影响最大;随着扩挖错距的增大,接触面的内力也逐渐增大,且扣拱错距扩挖对接触面的内力影响较大;对3个关键因素共同作用下的接触面内力进行筛分,得到满足分块型K管片正常使用要求的不同扩挖工况下的埋置深度与临界错距的关系曲线,为分块型K管片应用于盾构扩挖地铁车站的施工风险控制提供理论参考。

考虑安装过程影响的吸力贯入式平板锚承载力研究

吸力贯入式平板锚是海洋工程中新型锚固基础,但在其安装过程中会产生埋深减少导致承载力下降而影响锚固效果。采用离散单元法对其安装过程和安装后受荷承载进行了全过程模拟,研究了初始埋深,偏心比和锚链拉力倾角三个关键因素对吸力贯入式平板锚承载力的影响。研究结果表明,承载力随初始埋深增大而显著增大,但增幅随埋深的增加而减小,最后趋于稳定;承载力随着偏心比增大而增大,随着锚链拉力倾角的增大而减小,但当初始埋深较大时,两者对承载力均没有影响。研究成果可为吸力贯入式平板锚的施工和设计提供参考。

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。

某基坑支护工程设计方案合理性的探讨

某基坑工程的支护结构设计为例,阐述了在针对实施过程中对该基坑的设计方案所进行的优化,包含内支撑布置的合理性,支护桩嵌固深度的验算。采用理正深基坑设计软件对方案优化前后进行了计算对比,通过监测数据表明优化方案的变形与计算值基本吻合,在保证基坑安全前提下起到了降低工程造价的目的,为今后类似基坑施工提供了指导和经验。