考虑基坑宽度及软弱土层厚度的基坑抗隆起稳定可靠度研究

坑底隆起破坏是导致基坑失稳的关键因素之一。对坑底隆起的影响因素展开研究工作,分析基坑宽度以及软弱土层厚度对坑底隆起变形以及基坑抗隆起稳定可靠度的影响规律。首先,建立不同工况的基坑开挖有限元模型,获取坑底不同特征点的隆起变形值,分析其变形规律,进而构建基于隆起变形限值的坑底抗隆起失效极限状态函数,最后采用蒙特卡罗法对坑底进行概率分析。数值模拟结果表明:当软弱土层厚度足以使隆起破坏滑动面贯通时,窄基坑的坑底两侧隆起变形大,中间小,宽基坑隆起变形规律与之相反;两种类型基坑坑底隆起变形都随基坑宽度增加而增大。改变软弱土层厚度,坑底各特征点隆起变形值随之变化,当为窄基坑时,坑底隆起变形依旧是中间小,两侧大;当基坑为宽基坑时,随软弱土层厚度增加,隆起变形随之增大,且坑底中心隆起变形逐渐超过两侧隆起变形;依据变形规律得到不同宽度基坑隆起破坏滑动面贯通时的软弱土层厚度。坑底抗隆起稳定可靠度与基坑宽度、特征点位置以及软弱土层厚度有关,坑底的稳定状态以及可靠度最低的特征点位置随基坑宽度以及软弱土层厚度变化而变化。

考虑假想基础宽度的基坑抗隆起稳定性

在深厚软土地区,有大量的基坑工程符合下列特征:(1)围护墙插入比为1:2.0~1:2.2;(2)开挖过程顺利;(3)抗隆起安全系数不满足现行相关标准要求。为减少理论与实践之间的不符,基于既有地基承载力模式的计算公式,通过引入假想基础宽度,建立了可考虑土体应力状态和抗剪能力的基坑抗隆起稳定性分析方法。定义了抗隆起安全系数在数学上为最小值的假想基础宽度为临界宽度。除临界宽度外,假想基础宽度的选取还应考虑基坑宽度、软土层厚度等因素。结合已完成工程实例,对比了现有不同稳定分析方法的抗隆起安全系数,分析了软土地层结构、土体内摩擦角等对稳定性的影响。分析结果与实际情况更加接近,且表明土体抗剪能力的影响在采用临界宽度作为假想基础宽度时有限。

基于非概率可靠度的重力坝抗滑稳定分析

重力坝抗滑稳定分析是大坝安全评价的重要组成部分,其结果直接影响大坝正常服役。在内部和外部环境等多因素协同驱动下,长期服役的混凝土坝材料性能将呈现不同程度的时变衰退,而已有的研究多采用概率可靠度方法进行分析,且重力坝工程统计信息与实际工况不相匹配,统计资料难以反馈各参数变量的精确概率分布。针对上述问题,基于非概率可靠度理论,提出区间参数下的重力坝抗滑稳定非概率可靠度分析方法,并结合某工程实例编制相应的可靠度分析程序。实例分析表明,长期服役下的重力坝各失效模式的非概率可靠度指标明显下降,安全裕度变小,计算结果可为大坝补强修缮提供一定的参考依据。

改进的一次二阶矩方法在基坑抗隆起稳定可靠度评价中的应用

评价抗隆起稳定性是软土基坑支护设计中一项重要工作.传统的安全系数法无法考虑到岩土参数不确定性对抗隆起稳定的影响,为此基于可靠度理论,以土体参数γ、c、φ为随机变量,利用改进的一次二阶矩法计算软土基坑抗隆起稳定可靠性指标.通过基坑工程实例,分别采用可靠度和安全系数法评价了基坑抗隆起稳定性,分析了土性指标的均值和变异性对基坑抗隆起稳定可靠指标的影响.结果表明,采用改进的一次二阶矩可靠度计算方法评价基坑抗隆起稳定性具有科学性和合理性,基坑抗隆起稳定可靠指标β对参数均值变化的敏感性明显大于安全系数Fs.土性指标φ的变异性对基坑抗隆起稳定可靠指标β的影响最大,c的变异性影响次之,γ的变异性对β的影响最小.

基于有限元的重力坝抗滑稳定静动力可靠度快速求解方法

重力坝的抗滑稳定是重力坝工程能够安全运行的关键,其抗滑稳定的可靠度研究是当前水利工程领域的重要研究课题.为了解决采用蒙特卡罗法求解可靠指标时计算效率低、采用响应面法时求解精度不高问题,本文提出一种基于有限元的改进一次二阶矩法进行重力坝抗滑稳定可靠度计算.首先,将坝基岩体抗剪断强度参数视为随机变量,定义功能函数为抗滑稳定极限平衡状态下阻滑力与滑动力的差值,在极限平衡状态条件下推导了功能函数中随机变量的偏导数;然后考虑地震荷载作用的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法计算抗滑稳定静动力可靠指标并将此方法应用于某重力坝工程的抗滑稳定分析中.研究结果表明,该方法在保证计算精度的情况下具有更高的求解效率和收敛速度,故可为类似工程的抗滑稳定静动力可靠度分析提供方法借鉴.

基于强度折减法的狭长基坑坑底抗隆起稳定研究

以电力电缆隧道基坑为代表的狭窄、长条型基坑,由于开挖宽度小于深度,基坑内外侧土层不符合半无限体的假设,其坑底抗隆起稳定破坏模式就与常规建筑基坑不同,采用国家标准GB 50007和建筑行业标准JGJ 120推荐的算法会产生较大误差。文章以强度折减法为分析工具,研究采用支挡结构围护的狭长基坑坑底稳定破坏模式,分析结果显示狭长基坑不再以圆弧滑动形式破坏,而是形成了以基坑外两侧圆弧主动区、坑内整体被动区的新型破坏模式;同时,针对厦门电力进岛第二通道工程的典型基坑断面,进一步分析基坑抗隆起稳定安全系数与支挡结构插入深度的关系,为工程建设提供依据。

支护结构入土深度对黏土基坑抗隆起稳定的影响分析

在考虑支护结构入土深度影响的情况下,传统的基于Prandtl机构的上限解过高地估计了黏土基坑的抗隆起稳定安全系数,因而无法真正应用于工程实践中。首先采用强度折减弹塑性有限元法和多块体上限法对支护结构入土深度的影响进行了深入的分析,在此基础上对Prandtl机构进行了修正,并推导了符合极限分析上限定理的修正机构简化解;通过对比分析验证了所推导公式的合理性,此公式对工程中常见的软土层厚度较大时基坑抗隆起稳定分析具有重要的实用意义。

深基坑抗隆起稳定性模糊可靠性分析

基坑稳定性问题已成为岩土工程领域研究的一个难点问题。影响基坑稳定性的因素存在极大的模糊性和随机性,因此,对基坑稳定性采用模糊可靠度方法研究是很必要的。以上海中环线仙霞路地道深基坑为例对基坑抗隆起稳定性展开了2个方面的研究:(1)基于ABAQUS建立了基坑底部隆起变形量有限元分析的非线性模型;(2)基于变形量建立了深基坑抗隆起破坏的[δ]-δ极限状态模型,将模糊数学和基坑稳定的可靠度分析法结合,建立了深基坑抗隆起破坏稳定性分析的有限元模糊可靠度计算模型。研究表明:ABAQUS对岩土工程中接触问题的处理具有强大的功能;以变形量建立的深基坑抗隆起破坏极限状态模型能有效的分析基坑的稳定性;该研究将为基坑的稳定性研究提供有价值的参考。

Rosenblueth方法在深基坑抗隆起可靠度分析中的应用

由于岩土参数具有很大的不确定性,在深基坑抗隆起稳定性分析中高安全系数并不一定安全。为此,提出了深基坑抗隆起稳定性可靠度分析方法,基于Rosenblueth方法开发了相应计算程序,研究了土性参数c,?变异性对可靠指标的影响,并通过实例分别运用可靠度和安全系数分析方法分析深基坑抗隆起稳定性。结果表明:可靠度分析方法具有科学性和合理性,同时体现了Rosenblueth方法在复杂功能函数中进行可靠指标计算的优越性。

基于不排水强度的黏土基坑抗隆起稳定计算方法

目前的基坑抗隆起稳定计算方法多是直接采用固结不排水强度指标进行计算,这种方法对于软黏土地层的计算在理论上是不合理的,且传统的圆弧滑动法未考虑最下道支撑以上土体强度的发挥。针对上述问题,通过将固结不排水强度指标转换成不排水抗剪强度,考虑最下道支撑以上土体强度的发挥,对传统圆弧滑动法进行了改进,并进一步提出了基于不排水强度的圆弧机构上限分析方法。工程算例分析表明,传统圆弧滑动法得到的安全系数普遍偏高,而所提出上限分析方法计算得到的结果则更为合理。

软土地区偏压基坑抗隆起稳定安全系数的强度折减法研究

针对偏压工况下软土地区基坑开挖的坑底隆起问题,建立了二维有限元强度折减分析模型。对偏压范围、偏压距离以及偏压荷载大小对抗隆起稳定安全系数的影响进行了数值模拟分析,同时对比了极限平衡法、极限分析法和上述数值方法在偏压工况下的抗隆起稳定安全系数。结果表明:偏压范围越大或偏压距离越小,基坑抗隆起稳定安全系数越小;不同深宽比下的基坑抗隆起稳定安全系数均随偏压荷载大小增加而线性减小;Terzaghi极限平衡法和极限分析法均高估了偏压基坑的抗隆起稳定性,偏危险;Bjerrum&Eide极限平衡法和基于Prandtl机构的规范法低估了偏压基坑的抗隆起稳定性,偏保守。

基于强度折减法的软土基坑抗隆起稳定性分析

基坑抗隆起稳定性验算是软土基坑支护设计中的一项重要内容。本文结合基坑工程实例,采用有限元强度折减法对基坑坑底的抗隆起稳定性进行分析。主要分析总结了基坑开挖深度、支护结构入土深度、支护结构刚度、基坑深宽比以及坑底软土层厚度对基坑抗隆起稳定性的影响规律。研究表明:基坑开挖深度、基坑宽度、支护结构入土深度和坑底软土层厚度等参数的变化均对基坑抗隆起稳定性有一定程度的影响,而支护结构刚度参数对抗隆起稳定性影响不明显。通过与规范法计算结果的对比分析,证明了有限元强度折减法在基坑抗隆起稳定性分析中的适用性。

考虑基坑宽度影响的基坑抗隆起稳定分析

地铁车站、地下管廊建设中狭窄基坑日趋增多,目前深基坑抗隆起稳定性的计算方法主要基于地基承载力模式和绕最下道内支撑或拉锚点的圆弧滑动模式,不能考虑基坑平面尺寸的影响。对不同宽度的深基坑进行数值模拟,得到坑底潜在隆起滑裂面的分布规律,并提出了考虑基坑宽度影响的基坑坑底抗隆起稳定分析模式,基于有限土体的被动土压力研究,修正了狭窄基坑被动侧的被动土压力系数。通过算例分析基坑宽度、支挡墙嵌入深度等对基坑抗隆起稳定的影响。研究表明狭窄基坑抗隆起安全系数更高,砂性土地基基坑宽度效应比淤泥质黏土地基更明显。将该文法应用于工程实例分析,实测数据验证了该文法的合理性。

深基坑支护结构的抗倾覆稳定探讨与可靠度研究

采用2种规范推荐的方法计算了某深基坑支护结构的抗倾覆安全系数,两种方法计算结果相差甚大.因此,提出用Monte Carlo的可靠度方法分析支护结构的稳定性,并利用Matlab语言编写了相应的计算程序,得到了同一工程的可靠度指标.结果表明:按两种不同计算方法得到的可靠度指标很接近,采用可靠度指标作为深基坑支护结构安全的评价标准更合理,并给出了可靠度的建议指标值.

基于可靠度反演理论的大悬臂钢桁梁横移施工抗倾覆稳定设计

为了评估大悬臂钢桁梁在横移施工中的安全性,提出一种基于可靠度反演理论的大悬臂钢桁梁抗倾覆稳定安全系数评估方法,该方法在给定目标可靠指标和考虑结构参数随机性的前提下,采用可靠度反演理论,求解大悬臂钢桁梁在横移施工中的抗倾覆稳定安全系数。最后,采用该方法对潍莱高铁82 m大悬臂钢桁梁的抗倾覆稳定问题进行研究,并对参数的敏感性进行分析。计算结果表明:在大悬臂钢桁梁横移施工中,忽略参数不确定性的影响会导致过高地估计结构的抗倾覆稳定安全系数;抗倾覆稳定安全系数对横移配重质量和配重距离两个参数最为敏感,随着这两个参数变异性的增大,大悬臂钢桁梁抗倾覆稳定安全系数迅速减小。

深基坑隆起稳定性的模糊可靠度参数分析

通过模糊概率与可靠度分析法相结合,引入深基坑抗隆起破坏分析的普朗特尔公式,建立了两随机变量的模糊可靠度简化模型,对隆起破坏进行了模糊可靠度评价,并对插入比、围护结构长度、地面超载、粘聚力、内摩擦角等参数进行了分析。通过实例,计算了深基坑隆起失稳的模糊破坏概率和模糊可靠度,验证了简化计算模型的实用性。结果表明,隆起破坏的失效概率与内摩擦角呈指数函数递减关系,模糊随机方法能够合理地反映基坑的实际稳定性。

胶凝砂砾石坝抗滑稳定可靠度分析方法研究

为探索胶凝砂砾石(CSG)坝抗滑稳定性分析方法,文章采用加权响应面法及滑动面应力分析的非线性有限元法,计算CSG坝各可能滑动路径抗滑稳定可靠性指标,分析基于滑动面应力分析的有限单元法与强度折减法的相关关系,比较CSG坝各层面可靠性指标及可能滑动面的抗滑稳定安全指标,分析可靠性指标与强度折减系数的关系,为胶凝砂砾石坝的工程应用提供依据。

基于系统可靠度方法的板式支护体系基坑抗隆起研究

板式支护体系下的基坑因具备足够的刚度和强度可能发生圆弧滑动而出现隆起破坏,坑底地基失稳也可能引起地基极限承载力剧降。考虑到参数的变异性,常规的方法得到的基坑抗隆起稳定性系数可能并不安全,为此提出将板式支护体系下基坑的隆起破坏视为两种破坏模式组成的串联系统,利用常用的可靠度分析方法验算点法(FOSM)分别求出单个破坏模式的可靠度指标,结合逐步等效平面法求出系统的可靠度指标,进而求出系统失效概率,并通过算例对基坑的抗隆起稳定性进行评价。结果表明,基坑的抗隆起破坏可能受任一种破坏模式的控制,因此采用系统可靠度方法评价基坑的抗隆起稳定性更接近工程实际。

基坑的尺寸效应及考虑开挖宽度的抗隆起稳定安全系数计算方法

相比于宽基坑,狭窄基坑具有更好的稳定性和更小的变形,表现出明显的尺寸效应,相同挖深时窄基坑围护结构的入土深度可适当减小。目前设计采用的基坑稳定性分析方法基本上都没有考虑开挖宽度对安全系数的影响,导致狭窄基坑设计偏于保守。为保证窄基坑滑裂面也能够形成,通过移动滑动圆弧圆心方法,使滑裂圆弧通过围护墙底和基坑底与对侧围护墙的交点,以该滑裂面计算的抗隆起稳定安全系数K_s值可以考虑基坑宽度的影响。基于该理念,根据宽窄不同,把基坑分为不同种类,分别对应不同的K_s值计算方法。该方法可以在基坑足够宽时过渡到现有规范方法,保证与既有规范的统一,在狭窄基坑时,K_s→+∞。计算分析表明,在基坑设计时忽视尺寸效应,片面强调插入比是不科学的。由于仍然采用传统的抗隆起稳定安全系数的滑裂面形式,计算方法没有过大变化,适合在基坑设计和施工中推广应用,文中方法为狭窄基坑减小围护插入深度提供了理论依据。

基于一阶可靠度算法的基坑抗隆起可靠度分析

为评价岩土参数不确定性对基坑抗隆起稳定性的影响,采用一阶可靠度(FORM)算法进行基坑抗隆起稳定性分析,通过基坑工程实例,将土体参数γ、c、φ作为随机变量,分析了土性参数的均值和变异性以及各参数的相关性对基坑抗隆起可靠度指标的影响,并与传统的安全系数法进行了对比。结果表明:基坑抗隆起可靠度指标β对参数均值变化的敏感性明显大于安全系数Fs。φ的变异性对基坑抗隆起可靠度指标β的影响最大,c的变异性影响次之,γ的变异性对β的影响最小;如果c和φ之间不考虑负相关,计算的可靠度偏于保守。