对比弹性支点法的狭长基坑围护结构施工优化研究

【目的】弹性支点法将基坑假定为平面应变问题进行分析,即假设狭长基坑长距离一次开挖,但在实际施工中有分段开挖的现实情况,所以需要对分区段开挖对基坑围护结构的影响进行研究。【方法】结合新建哈牡客专爱民隧道出口明挖段狭长基坑,建立不同单次开挖长度工况下的三维有限元模型,研究围护结构内力及变形随单次开挖长度的变化规律。【结果】随着单次开挖长度的增加,围护桩水平位移和桩身弯矩逐渐增大并趋近于弹性支点法的计算结果,一次开挖20 m、30 m、40 m时,水平位移比开挖10 m时的水平位移分别增大8.75%、12.2%和13.6%,桩身弯矩分别增大12.1%、14.9%和16.8%;一次开挖10 m、20 m、30 m、40 m时安全系数分别为弹性支点法的1.3、1.17、1.13、1.12倍。【结论】弹性支点法安全储备过大,在实际工程中可结合不同的开挖工况,在对围护结构进行合理优化或满足条件的情况下,合理调整单次开挖长度。

开挖问题的有限元计算格式

分析了开挖问题的特征，用开挖面影响系数对二维计算进行修正。

GIS地表塌陷计算的有限棱柱法及三维数据模型

具有强大信息管理和可视化功能的GIS已在地下硐室开挖、矿山采掘、边坡等许多工程领域中得到了广泛应用。笔者给出了一种用于地下开挖变形描述和应力分析的方法——有限棱柱法,并就该方法与GIS集成中的数据模型和数据组织方法进行了探讨,建立了基于GIS的虚拟地质体地下开挖变形描述与评价计算的三维可视化系统,并对多语言集成模式和数据可视化方法进行了探讨。同时还给出了该方法的工程应用实例,对该方法的可靠性和有效性进行了验证。

深基坑工程变形控制及其影响因素的有限元分析

文中首先对深基坑工程变形控制进行了详细的论述 ,提出了基坑有效系数、有效区、失效区、临界线的新概念 ,同时提出了变形控制参考标准和经济有效的变形控制对策。简介了自制的深基坑工程变形控制优化设计及其有限元数值模拟系统 (SDCDEFEM)。利用该系统 ,对影响基坑变形的各因素进行了有限元数值模拟分析 ,得出了简明估算深基坑最大变形及其位置的统计关系式。

考虑地下水时土钉参数对基坑稳定性影响

为研究考虑基坑地下水渗流的情况下,土钉长度、倾角、竖向间距及土钉布置位置等参数对土钉支护基坑稳定性的影响,采用有限元强度折减法进行分析.计算结果表明:在支护条件一定的情况下,基坑开挖计入地下水渗流影响时的稳定安全性较低;基坑的安全系数随着土钉长度的增加而增大,而增长幅度会逐渐降低;存在土钉最优倾角使基坑稳定性最强,安全系数最大.考虑地下水影响时,土钉的最优倾角为20°,而忽略地下水时的土钉最优倾角为15°;是否考虑地下水对土钉最优位置的影响不明显.

圆形地下连续墙开挖过程的有限元模拟

本文采用Duncan－Chang模型和新型接触面单元编制了二维有限元程序DSAF，用于圆形地下连续墙开挖过程的分析模拟，算例分析结果与工程实测值较为接近。

隧道洞口段开挖面失稳模式及塌方演化机理

针对隧道洞口段开挖面失稳塌方问题,基于有限元极限分析法,从边坡自身的安全性出发分析隧道开挖对边坡的扰动影响,揭示隧道洞口段开挖面失稳塌方模式和机理,进一步分析台阶法施工以及管棚预支护措施对于隧道开挖面安全性的影响,验证隧道洞口段长大管棚施作的必要性。研究结果表明:考虑张拉剪切同步折减的边坡安全系数计算方法,能够真实模拟边坡的失稳;边坡安全性影响因素的显著性从大到小依次为边坡高度、黏聚力、内摩擦角和边坡角;隧道洞口段开挖面失稳塌方模式为典型的滑移式失稳塌方,在隧道开挖面前后位置分别形成滑移区和顶部塌方区;隧道洞口段管棚应能够穿过边坡的滑移线,采用60 m管棚超前支护,台阶法和全断面法施工进洞25 m时边坡安全系数分别为1.392、1.317,此时隧道和边坡安全得到有效保障。

基坑开挖对邻近高铁路基变形影响的预测方法研究

依托软土地区某典型基坑工程,研究基坑开挖对邻近高铁路基变形影响的预测方法。结合该工程土体修正摩尔–库伦模型参数,建立96个不同工况下的有限元模型。通过对有限元计算结果的分析和拟合,推导能够综合考虑基坑开挖深度、支撑系统刚度和基坑距路基坡脚距离3个因素的高铁路基最大水平位移和最大沉降的简化计算公式,提出受基坑开挖影响的路基水平位移、沉降的预测曲线,并给出相应的预测流程。结果表明:在双对数坐标中,当基坑距路基坡脚距离相同时,路基最大水平位移与开挖深度的比值(δhmax/H)、路基最大沉降与开挖深度的比值(δvmax/H)均与支撑系统刚度ρ基本呈线性关系;可用图10中的折线ABC、图13中的折线DEFG分别预测路基水平位移、路基沉降;简化分析方法能较好地预测软土地区类似依托工程土层条件下受基坑开挖影响的高铁路基变形。

数值计算在深基坑工程中的应用研究

文章以南京市某深大型基坑工程为例,运用Plaxis软件进行数值模拟计算,得到了基坑柱列式排桩支护模式下基坑开挖的变形特征,并与实测值进行了对比分析,对类似工程设计和信息化施工的实施具有实际意义。

粉砂土地区典型基坑开挖对周边土层位移场的影响

城市建设的快速发展,不可避免的出现大量近接工程,例如在既有运营地铁隧道周边、或既有道路、建筑周边出现基坑开挖工程。基坑开挖对周边环境的影响受到越来越多的关注,基坑开挖卸载对周不同的构筑物产生变形影响,超过相应控制要求,就会对构筑物的正常使用及安全产生不利影响。文中在Plaxis有限元软件平台上,基于土体小应变本构模型(HSS)分析典型类型基坑围护结构变形对周围土层的位移场的数值模拟分析。结果表明,坑外土体变形影响区可简化为规则的几何形状,在围护结构最大变形值相同的情况下,就变形值来说,踢脚变形最大,复合变形和内凸变形次之,悬臂变形最小;就影响范围来说,悬臂变形最大,复合变形和内凸变形次之,踢脚变形最小。

浅埋偏压隧道开挖顺序数值分析

利用平面数值模拟方法,以某浅埋偏压的公路隧道施工为背景,对隧道左右洞开挖顺序进行施工数值模拟,分析开挖过程中围岩应力的变化情况,找到两种开挖方式在整个开挖过程中最容易产生破坏的施工步骤,得出浅埋偏压隧道先开挖深埋侧可避免出现较危险的施工状态这一结论,对研究类似工程的施工具有一定的指导意义。

软土地区深基坑施工对邻近地铁高架变形影响分析

随着城市的发展,地铁周边的建设项目越来越多,研究新建项目地下结构施工对既有地铁结构的影响尤为重要。本文以广州南沙软土地区某邻近地铁高架结构的深基坑工程为背景,结合其地质条件及其支护结构设计及基坑施工特点,采用有限元方法,模拟并分析了深基坑施工过程及其对邻近地铁高架结构变形的影响。结果表明:支护结构起到较好的支护效果,深基坑施工对邻近地铁高架结构影响较小;基坑开挖至底时对高架结构影响最为明显,并可据此评估高架影响的监测范围。

电力隧道先隧后井施工中简易井应用的若干问题研究

针对电力隧道,提出一种无内支撑、节约高效的圆形简易工作井建设思路,开展简易工作井与常规方案对比分析,借助有限元法分析开口环管片变形对简易工作井参数的敏感性,探讨简易工作井结构设计中的关键技术。研究结果表明:简易工作井施工工艺、可行性及对周围环境影响等方面均优于常规工作井,其造价仅为常规方案的7%,极大节约了成本。简易工作井施工过程中,局部管片破除形成了开口的非稳定结构,导致管片变形显著增大,影响范围主要体现在开口环及其两侧2环管片上,故施工时需对开口环及影响明显的4环管片设置临时支撑,以确保结构安全稳定。管片变形受工作井壁厚与周围软弱土层影响显著,其中最大位移值随井壁厚度的增加近似呈二次方增长,而井的直径与管片开口环数则对管片变形影响较小,工作井尺寸应在满足整体刚度与净空要求的前提下不宜取大。

地下车站暗挖施工对周边建筑物的影响分析

针对红旗河沟大型地下换乘车站的施工风险,通过数值计算模拟施工过程中地表位移变化,利用建筑结构损坏分级标准和房屋三阶段评价分析法就其施工方案对周边房屋安全影响进行评价。结果表明,该设计方案能够将施工风险控制在安全的范围内。

基于有限元盾构开仓开挖面稳定性及施工技术研究

以广州地铁4号线塘—大区间盾构隧道为依托,针对盾构开仓开挖面稳定及施工技术展开研究。采用有限元分析方法,对盾构开仓开挖面破坏形式、开挖面变形和开挖面前方地表沉降三方面进行稳定性分析,得到相应规律;从盾构开仓刀盘后止水措施、开挖面泥膜质量控制和盾构开仓期间监测措施三方面对盾构开仓开挖面稳定施工技术进行研究,并提出主要相关参数。盾构开仓期间,利用盾构外壳预留孔采用高压注浆方式向盾构周边注入1.10~1.15 g/cm;的高粘度浆液,以免浆液流失;工程遵循"高稠度、高密闭、低比重、易成膜"措施,调整泥浆参数,同时对所选泥浆材料进行优化;采取加密监测频率方式,周边地表监测频率为8次/d。最后给出开挖面异常工况处理措施,并将该方案应用于实际,取得良好效果,为大湾区盾构开仓开挖面稳定提供工程参考。