基坑挡墙变位诱发地表沉陷的模型试验研究

针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中地表沉陷规律进行模型试验研究。开展的模型试验分别模拟了挡墙在平移(T模式)、绕墙趾转动(RB模式)和绕墙顶转动(RT模式)3种基本刚性变位模式下诱发的墙后地表沉陷,得到了土体沉陷曲线的分布规律。结果表明,挡墙平移时,墙后地表沉降呈勺型分布,最大沉降紧靠墙背处;挡墙绕墙趾转动时,墙后地表沉降近似呈三角形分布,最大沉降紧靠墙背处;挡墙绕墙顶转动时,墙后地表沉降近似呈抛物线分布,最大沉降位于距墙背一定距离的位置处。挡墙变位距离相同时,对于绕墙趾和绕墙顶转动模式,墙后土体沉陷的面积基本相等,两者沉陷面积之和近似等于平移模式的土体沉陷面积,另外,挡墙变位面积与墙后土体沉陷面积也近乎一致。将试验观察的沉陷曲线与既有的解析解作了对比分析,验证了二者的一致性。

基于挡墙变位诱发的地表沉陷分析开挖安全状态

本文以杭州紫金港隧道开挖工程为背景,采用位移有限元方法模拟挡墙变位所诱发的地表沉陷,进而评估开挖施工期的安全状态。数值模拟得到了挡墙变位诱发地表沉陷的基本规律,并以最大地表沉陷(wm)与最大挡墙变位(um)的比值(wm/um)来评估基坑的安全状态。研究表明,伴随基坑开挖的进行,墙后土体塑性区逐渐得以发展,比值wm/um也随之呈现逐渐增大的发展趋势,并最终趋于某一临界拐点值。在给定的挡墙位移模式下,wm/um值的大小与基坑安全度之间存在特定相关性。

砂土中挡墙不同变位模式主动土压力模型试验

针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中土体作用于墙上的主动土压力进行模型试验研究。试验模拟了在平移(T模式)、绕墙趾转动(RB模式)和绕墙顶转动(RT模式)3种基本刚性变位模式下挡墙土压力的变化,得到了墙背主动土压力的基本规律。试验观察发现,挡墙平移时,主动土压力呈重心下移的抛物线形,挡墙变位最大位移约0.002H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙趾转动时,主动土压力近似呈三角形分布,约0.0035H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙顶转动时,主动土压力呈上部大而下部小的抛物线形,约0.0025H时达到极限平衡状态。本文还将得到的主动土压力规律进行简化,得到了3种基本变位模式下的主动土压力简化图,对工程实践具有指导意义。

挡墙任意变位模式诱发周围土体水平位移的简化算法

将挡墙变位引起墙外土体水平位移视作平面应变条件下的位移-位移边值问题,借助刚性挡墙平移变位诱发墙外土体水平位移的基本解,利用微元法及叠加原理,提出在挡墙任意变位模式下的周围土体水平位移简化计算方法.分别与挡墙刚性变位、柔性变位模式下的土体水平位移现场实测数据进行对比,发现简化计算法可以较好地预测墙外土体水平位移,验证了所提简化算法的准确性.在土体最大水平位移上,简化算法的预测较实测偏保守,表明将简化算法应用于工程实践是偏安全的.进一步参数分析发现,随着土体距围护结构距离的增大,土体最大水平位移迅速减小,且在最大位移深度以上存在某一临界位置,在该位置以上土体水平位移随其到围护结构距离的增大而增大,在该临界位置以下,变化规律则相反.