基于影像源法的基坑开挖引起的土体水平位移预测

基坑开挖将使土体产生附加水平位移,过大的水平位移会使邻近地下结构物受到破坏。基于影像源法,并充分发挥基坑围护结构易于实测的优势,推导了在基坑开挖下的坑外土体水平位移半解析式,分析中,通过定义土体的不均匀收敛系数,考虑了当前研究中大都忽略的土体收敛非均匀性,与实际情况更接近。同工程实测数据的对比验证了所提方法的准确性。进一步参数分析表明:不考虑土体收敛非均匀性的坑外土体水平位移计算值同实测相比,会低估上部土体水平位移,高估下部土体水平位移,因而同实测出现一定偏差,且当土体愈靠近基坑,偏差愈明显,可见考虑土体的非均匀收敛愈有必要。计算发现,当不均匀系数介于3~6时,计算结果同实测吻合较好。本文研究成果可为预测基坑开挖诱发土体水平位移提供一种新的探究思路。

基于影像源法的基坑开挖对邻近单桩影响简化分析

邻近建筑物进行基坑开挖会使桩基产生附加变形和内力,降低其承载能力,如果桩基变形过大会威胁到上部结构的安全。针对该领域目前存在的三维有限元数值模拟法建模复杂且计算耗时的现状,同时为了充分利用基坑围护位移较易通过现场监测技术获取的优势,提出了基于影像源法的基坑开挖引起邻近单桩变形影响的两阶段简化分析方法。同时,引入了Kerr地基模型,并针对Winkler地基模型进行改进,弥补了Winkler地基不能考虑土体连续性的缺陷。在第1阶段基于影像源法,由基坑围护变形计算基坑开挖引起的土体水平自由场位移;第2阶段分别基于Winkler和Kerr地基模型,将土体自由场位移施加于桩基,建立桩基在被动位移扰动下的微分控制方程,得到基坑开挖对邻近桩基影响的简化解析解,包括基坑开挖引起桩基的水平位移、弯矩和剪力等。将计算结果与既有理论结果、监测数据以及三维有限元数值模拟结果进行对比,取得了较好的一致性,其中基于Kerr地基模型的简化解比基于Winkler地基模型的简化解更为精确。该简化方法可为有效分析基坑开挖对邻近桩基的变形影响提供一定理论依据。

临近既有河道的隧道掘进引起的地表沉降

传统的隧道施工诱发地面沉降问题的研究通常假定地面为水平,目前针对大直径盾构或顶管隧道工程在既有河道附近的复杂边界条件下掘进所引起的地面沉降的研究不足.以杭州某泥水平衡掘进顶管法隧道工程实例为背景,基于影像源法,考虑土体非均匀收敛,采用叠加原理给出临近既有河道条件下隧道施工引起地表沉降的解析解,并与工程实测数据进行对比.参数分析表明,隧道与河道间的水平距离越小,地表沉降槽的非对称性越显著,由隧道掘进引起的地表沉降越大;与无河道情况相比,沉降槽峰值的增幅最大可超过30%,从环境保护和施工安全的角度出发,在实际工程中隧道施工时应尽量远离河道;随着隧道埋深的增大,由隧道掘进引起的地表沉降越小,而当隧道拱腰深度大于邻近既有河道深度时,靠近河道附近的地表沉降明显大于无河道情况下的,此时更应重视既有河道的影响.

盾构隧道内堆载对基坑开挖引起的隧道上浮量的控制效果研究

基坑开挖会引起下卧盾构隧道产生上浮,隧道内堆载可以有效控制上浮量。本文采用两阶段方法,推导隧道内堆载措施下基坑开挖引起的盾构隧道上浮量计算公式。首先,基于影像源法计算基坑开挖坑底隆起引起的隧道附加应力,采用能够考虑土质条件的方法计算得到隧道内堆载引起的隧道附加应力,叠加得到总的附加应力;其次,采用转动与错台协同模型计算得到隧道受力与变形;使用Midas有限元软件对具体工况进行三维建模,并将隧道纵向隆起量数值模拟结果与公式计算结果进行对比。研究结果表明:本文方法计算结果与有限元模拟结果较吻合,验证了本文方法的合理性;假设基坑开挖长度为L,最佳堆载范围为距离堆载中心±L/3范围内,超出最佳范围时堆载控制效果减弱;土体内摩擦角对隧道变形影响较大,土体内摩擦角越小,堆载对隧道变形的控制效果越好。

考虑管线老化和破损时基坑开挖对邻近管线纵向变形的影响

基于影像源法,结合Pasternak地基模型,提出了一种考虑管线老化和破损的邻近地下管线纵向变形计算方法。收集4个工程案例数据进行对比验证,并对基坑围护结构变形控制参数、管线轴线埋深、管线轴线到基坑围护结构的水平距离、老化和破损程度这5个影响因素进行了分析。研究结果表明:随着基坑围护结构变形增大,其对管线纵向变形影响及影响范围也随之增大,管线最大沉降与围护结构变形呈正相关关系;基坑侧壁与管线轴线距离增加,管线的纵向变形非线性减小;管线沉降与其埋深呈非线性减小关系;管线老化会导致管线整体变形增大,而管线破损则会导致破损位置产生较大变形。基坑施工前有必要对邻近的地下管线使用年限以及破损程度进行调查。

基坑开挖空间效应对邻近隧道的影响分析

基坑土体的开挖将引起周边土体的附加位移并对隧道等重要建(构)筑物造成不利影响。考虑基坑变形的空间效应,基于围护墙空间变形曲面表达式,在影像源法的基础上,推导了基坑开挖诱发坑外土体位移场的理论公式。基于两阶段分析方法,将隧道视为置于Winkler地基上的铁木辛柯(Timoshenko)梁,得到了计算隧道附加变形的表达式。通过与已有实测数据的对比分析,验证了本文计算方法的可靠性。进一步研究分析了隧道与基坑边距离、隧道埋深及围护墙最大变形等参数对邻近隧道附加变形、弯矩及剪力的影响。研究结果表明:随着隧道与基坑边距离的增加,隧道附加变形、弯矩及剪力均逐渐减小;当隧道埋深位置位于围护墙最大变形处深度附近时,隧道附加变形、弯矩及剪力均达到最大;围护墙最大变形的增大会显著增加隧道的附加变形、弯矩及剪力,应控制围护墙的最大变形以降低基坑开挖对隧道的影响。

考虑空间效应的均质地基内撑式基坑开挖对邻近桩基影响分析

基坑开挖引起的坑外土体位移将对邻近桩基产生不利影响。改进原有二维分析方法认为围护墙变形符合平面应变的假定,考虑围护墙变形的空间分布和坑外桩基的空间位置,基于影像源法和Pasternak地基模型,提出了基坑开挖引起的邻近桩基水平位移和弯矩的分析方法,并通过工程实例验证了该方法的合理性。随后基于该方法分析了桩基所处空间位置、桩身刚度和长度、基坑开挖深度、围护墙最大变形等因素对坑外桩基附加变形及弯矩的影响规律,并探讨了诱发坑外桩基变形的围护墙主要影响范围。研究结果表明:(1)坑外桩基所处的空间位置对桩基的附加变形及弯矩存在显著影响,当桩基距离基坑边超过H(基坑开挖深度)时,桩身位移呈悬臂型;(2)随着基坑开挖深度的增加,坑外桩基的水平位移不断增大。桩身最大弯矩先期表现为增加,但当开挖深度大于50%桩长后则表现为减小;(3)坑外桩基的水平位移主要由其两侧各70%H宽度范围内围护墙的变形诱发产生,减小该区域围护墙的变形可以有效控制坑外桩基的附加变形及弯矩;(4)坑外桩基的桩身刚度对基坑开挖引起的桩身弯矩有较大影响,而对桩身变形的影响相对较小。

考虑空间效应的基坑开挖对邻近管线的影响分析

基坑开挖诱发的周边土体位移将会对邻近管线产生不利影响。考虑基坑开挖的空间效应及管线的空间分布,将邻近管线视为Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,采用三维影像源法提出了预测基坑开挖引起邻近管线附加水平变形的解析方法,并利用已有案例验证了该方法的合理性。结果表明:(1)管线总的水平变形主要由邻近并平行于管线的围护墙变形诱发产生,两侧的围护墙变形对开挖范围外的管线水平变形有较大影响。(2)针对管线的不同空间分布,通过定义的管线水平变形安全系数可预测基坑开挖对管线水平变形的不利程度,同时通过安全系数等值线得到了基坑开挖对管线水平变形的影响区域。(3)当管线与围护墙距离在0.75H(H为基坑开挖深度)内时,安全系数随着管线埋深的增加先减小后增大,且当管线埋深约为1.0H时管线的安全系数最小;当管线与围护墙距离超过0.75H时,安全系数随管线埋深增加而增大。

基坑围护结构侧向变形引起的坑外土体变形研究

基坑围护结构侧向变形引起的土体侧移和沉降,会对坑外桩基的水平和竖向承载性状造成影响。基于影像源法,在综合考虑围护结构变形、地表沉降以及围护结构变形方向对坑外土体位移影响的基础上,对基坑围护结构侧向变形引起的坑外土体侧移和沉降计算方法展开了研究。首先,采用分段法,分别研究了围护结构变形和地表沉降作用下坑外土体侧移及深层沉降;然后,基于叠加原理,针对坑外任意点位置土体侧移和沉降,推导出了适用于不同基坑围护结构变形模式的相关计算公式;最后,将采用本文方法得到的坑外土体侧移及沉降计算结果同实测结果及现有理论方法的计算结果进行对比分析。结果表明,采用本文方法得到的坑外土体侧移及深层沉降与现场实测结果吻合度更高,从而验证了本文方法的可行性。

软弱地层双排板桩围堰水平位移简化计算方法

为研究围堰内部基坑开挖时双排板桩的变形特性,提出了一种适用于软弱地层实际的双排板桩围堰水平位移计算方法。针对该地层围堰底端水平位移不可忽略的问题,在堰芯填土不可压缩假定下,构建了桩底为非固定端的双排板桩围堰计算模型。通过将背水侧被动区土体简化为弹性地基梁,获得降水阶段围堰水平位移微分方程。再进一步采用影像源法计算基坑开挖引起的土体位移场,推导出降水及基坑开挖引起的围堰水平位移微分方程,并利用有限差分法求解出围堰水平位移近似解。依托实际工程,将计算结果与有限元数值模拟结果、监测数据对比,结果表明:对于艾溪湖隧道工程,钢管桩水平位移的理论计算结果较数值结果偏小7~11 mm,桩顶水平位移最大处偏小15%;对于雁洲水闸工程,钢板桩实测水平位移最大值较理论计算值偏小约16.7%。总体上,对比结果均较为吻合,证明了所提简化计算方法的合理性及适用性。

邻近结构物的基坑开挖卸载效应理论计算综述

随着城市空间的充分开发利用,基坑工程邻近各类建(构)筑物的现象愈发常见,基坑开挖会引起邻近既有建(构)筑物的变形及位移,对使用中的建(构)筑物产生安全隐患。文中收集基坑开挖对邻近建(构)筑物影响有关研究成果,对邻近结构物的基坑开挖卸载效应理论计算方法进行归纳,提出现有研究中关于围护结构变形计算、应力释放、折减系数、地下水渗流等不足之处和需要进一步深入研究的方向。

考虑开挖宽度的基坑卸荷引起下卧盾构隧道变形计算

计算基坑坑底隆起变形对下卧盾构隧道纵向变形的影响,建立基坑开挖引起的土体位移计算模型。引入转动与错台变形协调盾构隧道模型,基于影像源法,推导得到基坑开挖引起的下卧盾构隧道的纵向变形计算公式。结合3个实际工程监测数据,对比B-W,B-P法,验证计算方法的正确性,并对基坑坑底最大隆起量、基坑开挖宽度、开挖深度、隧道埋深这4个影响因素进行分析。研究表明:下卧隧道最大隆起值和基坑坑底最大隆起值呈正相关规律;随着基坑开挖宽度的增加,隧道隆起大小以及范围相应的增加;隧道埋深和下卧隧道隆起值呈非线性递减规律;减少基坑坑底隆起变形和隧道轴线方向基坑开挖宽度能有效控制下卧隧道纵向变形。