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.

多元荷载作用下软基深水高桩码头结构承载特性研究

软基深水高桩码头结构受到恶劣外海环境荷载及复杂工作荷载等多元荷载的共同作用。研究表明,船舶撞击荷载是该结构水平向控制荷载,但波浪长期循环荷载作用会引起桩周土体软化,进而导致码头结构在其它荷载作用下承载特性的劣化。鉴于此,首先基于ABAQUS有限元软件建立了深水高桩码头结构-地基土体相互作用的三维弹塑性有限元模型;然后,借助USDFLD子程序实现了同时考虑土体强度弱化和刚度衰减的模拟,进而开展了未考虑土体软化、仅考虑土体强度弱化、仅考虑土体刚度衰减以及同时考虑土体强度弱化和刚度衰减对码头结构承载特性影响的对比分析。研究结果表明,与未考虑土体软化时撞击荷载作用下码头结构安全系数相比,仅考虑土体强度弱化时其值降低14.72%,仅考虑土体刚度衰减时其值降低15.28%,同时考虑土体强度弱化和刚度衰减时其值降低19.44%,且考虑土体软化后桩周土体的塑性应变范围明显增大,极限状态时桩身应力值减小,结构稳定性显著降低。

软土地基上的港口陆域回填区场地地震反应分析

在软土地基上通过回填砂形成的港口后方陆域,其场地为在密实砂层下卧软弱土层的特殊场地。利用一维场地地震反应分析软件DEEPSOIL的时域非线性分析方法建立分析模型,选择10组地震加速度记录作为输入地震动,分析该类特殊场地的地震反应。结果表明,软弱土层在强震作用下会产生大的剪切变形,使滞回阻尼充分发挥从而耗散地震能量;地震在通过软弱土层向上传递过程中迅速减小,软弱土层具有明显的减震和隔震效果。

真空预压与真空井点降水用于软土处理的机理差异

真空预压与真空井点降水两种工艺均可用于软土地基处理,表观上两者都是通过抽真空使土体内孔隙水排出并使软土沉降,但目前对两者的工艺和机理等关键差异的认识不深入,难以有效指导现场施工。真空预压和真空井点降水在抽真空设备、竖向排水通道和密封边界等设备与工艺方面有显著差异;两者的的排水机理也有着本质区别。真空预压的加固机理是负压作用下土体发生塑料排水板水平向排水固结,同时塑料排水板内的水向上流动与重力无关;真空井点降水的加固机理是群井抽水引起地下水位降低,土体的浮重度变为湿重度导致荷载增大使土体沉降,同时井点管内的水向上流动受重力影响。在工艺和机理的差异分析的基础上,进一步明确了真空预压和真空井点降水在10个关键方面的差异,包括加固机理、影响深度、不同深度的真空传播、土体水平变形、竖向排水与重力的关系、抽真空位置影响、与外界是否连通、影响区成因、地下水位变化、是否形成非饱和带。

软黏土基坑开挖诱发坑外地表沉降的时效解

对比理论和实测研究成果,发现既有坑外地表沉降计算方法不适用于蠕变效应显著的软土基坑。借助Lame方程和三参量黏弹性地基模型,推导得到柔性挡墙任意变位诱发坑外地表沉降的时效半解析解;将理论计算方法应用于杭州软土地区的两个深基坑工程实例,分析了从基坑开挖到地下室回筑的施工全过程中坑外地表沉降的发展规律。结果表明:(1)软土蠕变诱发不依赖于挡墙附加侧移的地表沉降,不仅导致软土基坑开挖期间的地表最大沉降与挡墙最大侧移之比远大于非软土基坑,而且引起坑外土体在地下室回筑期的持续沉降;(2)软土蠕变诱发的地表沉降随挡墙侧移的增大而增大,表现为凹槽沉降模式;(3)深厚软土深基坑的地表最大沉降与挡墙最大侧移之比主要受软土蠕变性和施工时间等因素的影响,与挡墙侧移量的关系不明显。

一种区分欠固结软土地区盾构施工地表沉降组成的实用方法

在欠固结软土地区中,监测所得盾构掘进引起的地表沉降相对于真实值往往偏大,导致掘进对地层的影响被高估。欠固结软土地区盾构掘进对地层扰动规律目前缺乏研究,为找到能更精确评估掘进影响的方法,文章结合实际广州某大盾构项目的地表沉降实测数据分析欠固结地层中盾构掘进引起的地表沉降规律。分析实测数据后得出以下结论,在欠固结软土地区盾构施工中,地表沉降应由盾构施工引起的沉降和地层欠固结引起的沉降两个部分组成,两个部分沉降的速率存在明显差异,利用盾构施工引起的沉降呈现槽形分布且先完成的特点,提出了“增量沉降速率槽”方法,从总沉降中有效分离出盾构施工引起的沉降和地层欠固结引起的沉降两部分。研究有助于更加准确地评价和确定盾构掘进在欠固结地层引起真实位移。

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.

软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术研究

为了解决原有软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术只计算单一的盾构掘进参数,导致控制效果不佳的问题,计算盾构机的铰接角度,确定铰接角度与千斤顶行程差间的关系,分析盾构掘进下地面沉降情况,计算盾构千斤顶的侧向压力和注浆空隙数值,设置相应的软土隧道盾构掘进参数,控制和分析软土隧道盾构掘进下多个施工要点,实现对地面沉降的快速控制。实验结果表明,与以往的软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术相比,在实际应用中设计的软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术,能够将地面沉降数值控制在–4.00~2.00 mm,控制效果更好。

高水位软土公路路基土石方填筑施工技术研究

由于土石方填筑施工缺乏与实际工况的结合,导致存在高水位软土公路填筑路基沉降值超标的情况,为此,文中对高水位软土公路路基土石方填筑施工技术进行研究。收集高水位软土公路路基各土层的厚度、力学参数(压缩模量、抗剪强度等)等基本地质信息,结合水位分布以及高度,确定其对地基沉降情况的影响,计算高水位软土公路路基沉降状态。在土石方填筑施工阶段,结合计算结果,针对不同土层的具体情况,从填筑松铺厚度、填料粒径、碾压速度、碾压次数,以及特殊工况的施工基础进行针对性设计。应用路基填筑技术后,60 d的最大沉降值仅为0.66 mm,在沉降值允许范围(≤1.0 mm)内,且在50 d后,沉降逐渐收敛,10 d内,沉降值变化幅度仅为0.03 mm。

软土基础核岛厂房振动台试验数值模拟分析

采用土-结相互作用分区分析方法(partitioned analysis of soil-structure interaction,PASSI),对软土地基核岛厂房振动台试验中的筏基-混凝土框架模型以及桩基-混凝土框架模型进行了数值模拟,对比分析了振动台试验结果与数值模拟结果,并对软土地基下核岛厂房土-基础-结构的地震响应特征进行了分析。对2种模型输入调幅为0.05、0.10、0.20 g的RG160、Chi-Chi与Landers地震波,对比分析了各工况下振动台试验与数值模拟的土体与结构加速度放大系数、楼层反应谱、筏基底部土压力时程、桩身应变以及桩身弯矩。结果表明:数值模拟结果能较好地反映振动台试验结果;经过土层放大作用,随着楼层的增高,振动台试验和数值模拟中的加速度放大系数随之增大,反映了同样的规律;振动台试验与数值模拟所得的土-结体系的反应谱均与输入地震动频谱特征及体系的振动特性相关;振动台试验中,筏板基础会出现倾覆现象,筏基底部土压力时程表现出“东高西低”的现象,但数值模拟中筏基底部的土压力时程未出现此种现象,其原因是数值模拟中未考虑土体与基础的接触非线性;数值模拟中群桩的地震响应与试验的宏观现象基本吻合,定量上有差异,是数值模拟中未考虑桩的非线性所致。

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。

一种预压地基处理方案在建造变电站中的应用

文章介绍了一种改进的预压地基处理方案:低位高真空分层预压击密法,介绍了其原理及工艺流程,举例了该方法的成功案例,并将该方法在某深厚软土地区的变电站中进行了应用分析,经计算分析验证了该方法处理后场地的工后沉降满足使用要求,且软弱土性质得到改善,最后提出可在变电站建造工程中推广使用的建议。

软土地基桩基础抗震研究的若干进展与展望

桩基础是软土地基上常采用的基础形式,地震发生时会伴随软土地基震陷而导致基础损伤和失效,造成巨大的人员伤亡和财产损失,长期以来受到地震工程学界的广泛关注。当前由于软土震陷的实际观测资料非常匮乏,存在震陷量估算不清、考虑软土震陷与负摩阻力的桩土相互作用机理不明、桩基础地震损伤认识不足等科学问题。通过收集整理近年来国内外大地震的工程震害资料和现场科考经验,从模型试验、数值分析、简化理论分析以及经验法等角度较全面地对桩基础抗震的主要方法和手段展开评述,归纳总结关于软土地基桩基础抗震方面的最新研究成果,阐明了软土地基桩基础震害的现象和机理,并对软土地基桩基础抗震的最新研究成果进行了系统地梳理和总结,大部分研究表明导致桩基础动力损伤和破坏是地震作用下桩土动力相互作用的共同结果,其中软土震陷等地基失效是外因,桩基础自身强度的缺陷是内因,最后针对当前相关研究工作存在的问题和不足之处,对今后的研究方向和工作思路提出了展望与建议,特别是在缺少震害经验和观测记录的背景下,运用高效科学的模型试验是解决当前桩土相互作用问题的重要技术途径和研究手段。

富水软土地层盾构掘进不同土仓压力影响分析

盾构法施工会对土体造成破坏,引起地表沉降,危及地表及周围建筑物安全。以天津地铁11号线工程为例,应用Midas GTS软件,探讨了在富水软土地层中进行盾构挖掘时,不同土仓压力和注浆压力对地层竖向位移、地表横向沉降及纵向沉降的影响。结果显示,提升土仓压力和注浆压力有助于减少地表沉降,其中土仓压力对于控制地表沉降的作用更突出。由于左线隧道先行开挖,左线地表沉降略大于右线地表沉降。富水软土地层施工时,盾构掘进参数建议取值范围为:土仓压力110~130 kPa,注浆压力150~180 kPa,施工沉降标准为30 mm。

探地雷达在超大直径盾构穿越软土地区市政道路的应用与研究

超大直径盾构掘进穿越城市河流时,一般可通过预注浆对河道两侧和基础结构周边软土进行加固,由于对地下土层情况未知,预注浆达不到理想效果。由于地面存在加固结构,在地下土层沉降时通过水准测量监测很难发现地下土层情况,初期病害得不到及时处理;在地面下部出现脱空时,如果不能及时发现,就会造成坍塌;在地面出现沉降或坍塌时很难辨别病害范围,后续处理时很难判断注浆加固和填筑是否满足要求;以工程实例一、实例二为背景,详细阐述探地雷达通过无损探测技术解决以上问题。表明该技术具有较强推广力,技术成果可供类似工程参考。

临河软土地层深基坑施工地连墙变形规律研究

当前全国各大城市交通市政工程建设开始迈向地铁时代,地铁建设既能解决城市交通紧张问题,又不占用建设用地和耕地,但建设地铁时确保深基坑施工安全及控制基坑变形是工作重点,以杭州至德清市域铁路工程1标总承包二工区区间风井深基坑工程为背景,对临河软土地质条件下深基坑施工地连墙变形的规律展开了研究,得到以下主要研究成果:临河软土地区地连墙水平位移变形规律为“弓形”,其变形量随深基坑施工进度逐渐增加,最大偏移量发生在第四道支撑和第五道支撑之间;地连墙顶部的变形量随基坑施工也不断增加,靠近基坑长边中部位置的竖向位移处于波动型缓慢增长趋势,同时墙顶水平位移也以波动型缓慢增长为主;地连墙的变形控制措施主要可以从优化支撑布设间距、调整地连墙入土深度和优化基坑开挖顺序等方面进行控制。

地基处理施工扰动引起软土灾变的识别方法

沿长江两岸沉积了第四系漫滩相软土,新近河流漫滩相沉积物以粉质黏土、粉细砂、细砂为主,表现为高压缩性、低强度、易触变液化,地基处理施工扰动引起漫滩相软土产生灾变破坏。对地基处理施工扰动引起的长江漫滩相软土灾变现象进行总结,通过在地基处理现场监测软土的土压力、孔隙水压力和土体水平位移,提出地基处理施工扰动引起漫滩相软土灾变的判据,建立施工扰动引起长江漫滩相软土灾变的判别方法。水泥搅拌桩施工扰动引起软土灾变表现为搅拌桩桩顶下沉,形成充满水的空洞,搅拌桩顶下沉量最大达到70 cm,并伴有大量细砂翻涌;在水泥搅拌桩钻芯取样过程中,相邻水泥搅拌桩位置出现喷水冒浆现象,搅拌桩的取芯率不足60%,水泥搅拌桩成桩质量很差;软土灾变位置处测得的超孔隙水压力大于土压力。

人工冻土冻胀引发地面变形规律及影响范围探究

采用随机介质理论和模型试验方法,基于现场测试数据和文献发表数据,分析了人工冻土冻胀引发地面变形规律和冻胀影响范围。结果表明:(1)随机介质理论计算结果表明人工冻土冻胀引发地面变形曲线是一条高斯型二重积分曲线;(2)物理模型试验得出地面抬升曲线规律与高斯分布拟合度较高,试验地面抬升曲线的高斯分布拟合系数为0.97747,工程实测数据的高斯分布拟合系数为0.94932~0.99553,对文献数据拟合得出拟合系数位于0.95441~0.98344;(3)冻结引发地面变形范围为8~10倍冻胀丘宽度。冻结壁为对称结构或拟对称结构时,冻胀引发地面变形曲线可以采用高斯分布进行拟合。该结论可以为人工冻土冻胀引发上部地面变形量计算及影响范围提供设计参考。

长周期地震动下软夹层地基的层间隔震结构振动台试验研究

长周期地震动易使隔震结构地震响应强烈,考虑土-结构相互作用(SSI效应)后隔震结构可能更不利。为探究长周期地震动下软弱夹层地基SSI效应对层间隔震结构的动力响应规律及减震性能的影响,开展刚性、软夹层地基上大底盘单塔楼层间隔震结构的数值模拟和振动台试验。结果表明:考虑SSI效应后结构的自振周期较刚性地基增大,但采用隔震技术后延长的周期倍数降低;软夹层地基对输入地震动具有明显放大和滤波效应,与地震动的峰值和频谱特性相关;SSI效应对层间隔震结构的地震响应以放大作用为主,对下部底盘和隔震层的影响较大;考虑SSI效应后长周期地震动下隔震结构的地震响应较普通地震动更为强烈,减震效果变差,特别是近场脉冲地震动下隔震层位移超限,体系发生失效破坏。

地面堆载下高压电塔变形失稳原因数值分析

针对广州市南沙软土地区高压铁塔在堆土荷载作用下的变形破坏现象,运用Abaqus有限元软件,并考虑软土的高灵敏特性,对扰动区软土进行强度折减,对堆载作用下软土地基高压铁塔基础的变形破坏行为进行模拟,揭示邻近堆土荷载作用下深厚软土层中塔基变形的影响机理。结果表明,受扰动地区的浅层淤泥在地面填土荷载产生的附加应力作用下发生破坏、流动,此外铁塔东面为河涌、河流,地势比铁塔桩基础顶面低,形成临空坡面,淤泥层更易发生剪切破坏并往临空面流动,从而导致塔基产生更大的变形以致高压电塔失稳。