筋材布设方式对加筋土挡墙动力响应的影响

针对目前加筋土挡墙设计和施工中筋材布设方式大多为等长形的问题,提出一种倒梯形的筋材布设方式,并基于挡墙位移分区理论和有限差分Flac^(3D)数值模拟,建立加筋土挡墙三维分析模型,探讨不同峰值加速度下3种加筋土挡墙对位移、水平土压力、筋材拉应力及潜在破裂面的影响。结果表明,随峰值加速度增大,挡墙位移逐渐增大,同一荷载作用下,改变筋材布设方式,侧向水平位移减少9.3%,竖向沉降减少5.3%;3种形式挡墙水平土压力相差不大,最大水平土压力分布在挡墙的中下部;筋材拉应力随峰值加速度的增大,沿墙高从单峰型转化为双峰型分布,最大值位于挡墙中下部;潜在破裂面填土区破裂带的形状与筋材的布设方式有关。所提出的倒梯形筋材布设方式对加筋土挡墙的抗震效果更好,可为施工设计中加筋土挡墙筋材布设提供参考。

深基坑支护理念演进和设计方法改进剖析

基于我国30多年建设实践,分析现有深基坑支护临时性理念、与主体结构相结合理念实施的优点和不足,提出促进基坑支护工程高质量发展的永久化理念。结合济南某基坑工程,阐释三个理念的逐次提升和相应支护结构的计算内容,定义适应与主体结构相结合理念、永久化理念的结构岩土化、岩土结构化设计方法;重点分析土钉墙与抗浮锚杆相结合的复合土钉墙的设计,以及抗浮锚杆与外伸支撑、水平楼板永久支护结构中抗浮锚杆的力学性状与耐久性,分析了永久支护对于地下室外墙受力机制的影响,阐释深基坑支护理念演化方向和与之适应的设计改进内容。对于反思我国岩土与结构设计管理体制,促进基坑与基础设计理论和方法进步,推动“新发展理念”在基坑工程的实践具有导向价值。

Deterministic and probabilistic analysis of great-depth braced excavations:A 32 m excavation case study in Paris

The Fort d’Issy-Vanves-Clamart(FIVC)braced excavation in France is analyzed to provide insights into the geotechnical serviceability assessment of excavations at great depth within deterministic and probabilistic frameworks.The FIVC excavation is excavated at 32 m below the ground surface in Parisian sedimentary basin and a plane-strain finite element analysis is implemented to examine the wall deflections and ground surface settlements.A stochastic finite element method based on the polynomial chaos Kriging metamodel(MSFEM)is then proposed for the probabilistic analyses.Comparisons with field measurements and former studies are carried out.Several academic cases are then conducted to investigate the great-depth excavation stability regarding the maximum horizontal wall deflection and maximum ground surface settlement.The results indicate that the proposed MSFEM is effective for probabilistic analyses and can provide useful insights for the excavation design and construction.A sensitivity analysis for seven considered random parameters is then implemented.The soil friction angle at the excavation bottom layer is the most significant one for design.The soil-wall interaction effects on the excavation stability are also given.

塑性混凝土咬合桩防渗墙变形机理研究

以大连湾沉管隧道南岸港池临时围堰工程监测数据为基础,建立了塑性混凝土咬合桩防渗墙数值计算模型,通过实测数据验证了模型的准确性,分析了不同影响因素下咬合桩防渗墙的变形演化规律,结论表明:水压力相比土压力对咬合桩变形和内力的影响更为显著,水压力增大导致桩身变形和弯矩增大,扰动临时围堰土体;土体坡度的影响较小,但土体坡度应逐渐放缓,不小于1∶1.5;桩长的变化对变形影响较大,较短的桩身未嵌固在岩石中,较长的桩身在桩顶出现最大位移;随着桩径增大,桩顶变形和最大弯矩逐渐增大,弯矩分布较为一致。

台阶级数对加筋土挡墙地震动力响应影响研究

为了优化加筋土挡墙的结构设计,研究了台阶级数对加筋土挡墙抗震性能的影响程度。基于Flac3D软件建立了加筋土挡墙数值模型,探讨了不同地震峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)下不同台阶级数加筋土挡墙的侧向位移、竖向沉降、加速度响应和水平土压力的变化规律。结果表明:4 m/s^(2)峰值加速度下,增加台阶级数,侧向位移减小了61.9%,竖向沉降减小了20.5%;PGA放大系数随着台阶级数的增加而增大,其中加筋区PGA放大系数略大于面板处PGA放大系数;1级加筋土挡墙最大水平土压力位于墙脚处,2,3级加筋土挡墙最大水平土压力位于台阶分级处;水平土压力在台阶分级处大于规范计算值。增加台阶级数能够提升加筋土挡墙的抗震性能,可为实际工程中加筋土挡墙的分级设计提供理论参考。

深基坑斜直交替钢管桩复合土钉墙数值模拟分析

依托福建某医院的基坑工程实例,采用数值模拟方法,研究斜直交替钢管桩复合土钉墙支护结构的变形特征及其稳定性。结果表明:坡面水平位移最大变形出现在基坑“腰部”,设计时应适当加强此位置的变形控制;斜直交替钢管桩复合土钉墙支护体系安全可行,其较双排直立钢管桩复合土钉墙及单一土钉墙有更好的变形控制能力和更高的稳定性。

饱和黏性土地基中邻近圆形基坑相互影响分析

间距很小的圆形基坑后方土压力分布复杂,很难判断考虑圆拱效应的竖向弹性地基梁法和三维弹性地基板法的适用性。采用三维连续介质有限元法对位于饱和黏性土中2个间距很小的由地下连续墙组成的圆形事故应急池基坑进行整体建模分析。结果表明,对于1号池开挖到底后和2号池开挖到底后2种工况,地下连续墙的最大水平位移和最大弯矩的差异都不大。基坑位移和竖向弯矩的实测结果与计算值也较为接近。2个相邻圆形基坑在间距很小的情况下,其相互影响也是非常有限的。圆形地下连续墙支护结构对周围土体刚度参数的变化不敏感。采用三维连续介质有限元法对圆形地下连续墙支护结构进行计算分析,得到的结构内力远小于考虑圆拱效应的竖向弹性地基梁法和三维弹性地基板法,在经济性上有明显优势。

基于离散元模拟的不同挡土墙位移模式下非极限主动土压力

针对刚性挡土墙主动位移过程中砂土非极限主动土压力问题,利用PFC 2D分别对挡土墙绕墙顶转动(RB)模式、绕墙顶转动(RT)模式和平动(T)模式下砂土主动破坏过程进行模拟分析。分析结果表明,不同位移模式下土体内摩擦角及墙土摩擦角调动规律存在差异。挡土墙主动位移过程中,RB模式下土体破坏从墙顶开始,向墙脚发展,土楔体内部只有靠近墙背侧区域出现主应力偏转现象,并且土楔体中内摩擦角调动值均能达到极限值。RT模式下,土体破坏沿着墙背和滑裂面从墙脚开始,向土体表面发展,墙后土楔体中上部区域主应力偏转角度较大,形成了大主应力拱,与此对应的是该区域内摩擦角调动值相对初始内摩擦角减小。T模式下,土体破坏分别沿着墙背从墙顶向墙脚发展以及沿着滑裂面从墙脚向土体表面发展,墙后土楔体内部会出现小主应力拱,且内摩擦角调动值从初始内摩擦角增加,但达不到极限值。

重力式码头升级改造板桩墙后土压力分布

针对重力式码头升级改造新建板桩墙方案板桩墙后土压力分布问题,开展新建板桩墙距已有重力式墙身不同距离的土压力分布规律研究。采用有限元数值模拟和理论公式计算对比分析,得出作用在前板桩墙上的土压力小于理论主动土压力,即存在贮仓效应的结论。建议重力式码头改造工程设置前板桩墙时,采用公式合理选取贮仓尺寸,或根据新建板桩墙距已有码头墙身的距离采用有限元计算作用在板桩墙上的土压力,避免保守或激进设计。

GFRP筋土钉支护钉头的锚固性能

土钉钉头为土钉墙整体结构中的薄弱部位,为研究土钉钉头锚固性能,以一种装配式柔性面层GFRP筋土钉墙为例,通过室内钉头锚固性能试验及三维数值模拟对外径32 mm的中空GFRP筋钉头的极限抗拉强度、钉头变形及破坏规律进行研究。研究结果表明,该GFRP筋钉头极限承载力在240~290 kN之间,当螺母拧紧时螺纹副的应力主要分布在螺纹牙前3环,其中以钉头第1环螺纹牙应力集中现象尤为明显;此外,采用螺纹展开法建立钉头螺纹牙的力学模型,得出了第1环螺纹极限剪切强度与钉头极限荷载之间的关系,并通过计算得出该GFRP筋钉头极限承载力为244.54 kN,与试验结果相符。通过室内钉头锚固性能试验的脆性破坏特点,确定GFRP筋钉头安全系数在1.8~2.0之间,并判定此种GFRP筋安全荷载在125~135 kN之间。

双层地下连续墙土压力的现场实测研究

南京某超深基坑工程采用异形围护结构双层地下连续墙进行施工,双墙间土体处于非极限平衡状态,土压力分布演变形式及墙土间相互作用机制并不明确。为探明深基坑开挖施工引起的双墙间有限土体的土压力变化规律及墙外侧土拱效应对土压力分布的影响,采用现场实测分析结合物理模型计算的方法开展研究。首先,通过现场试验在土层中布设土压力监测点,获取基坑开挖过程中墙间土压力演变规律;其后,建立考虑土体分层的曲面锥形土拱模型,计算侧土拱发展引起的墙外土压力变化量,并结合试验数据的参数反演和误差分析对模型计算结果的准确性展开讨论。研究结果表明:基坑开挖施工对双墙间土体的影响总体呈现为挤压变形,有限土体受到的侧向约束作用有助于进一步发挥土体的抗剪强度;基坑开挖各工序中土方开挖过程对地层扰动最为显著;侧土拱效应进一步增大了浅层土体挡土墙侧土压力,而中深层土体中几乎没有侧土拱发展;考虑侧土拱效应的土压力计算结果较传统水土分算的Coulomb理论计算方法与现场实测结果更加吻合。本研究可为异型围护结构的深基坑工程设计及施工提供思路与建议。

考虑土拱效应的多层土体墙后主动土压力模式研究

土拱效应已经被广泛证明存在于岩土工程中,然而关于土拱效应的土压力研究目前常局限于单层土体,对于多层土体墙后主动土压力的分布规律尚不清楚。基于土拱效应理论,提出了多层土体挡土墙后非线性主动土压力求解公式,并通过两种典型地层研究了土体内摩擦角和墙土摩擦角对主动土压力分布规律的影响。结果表明:所提出的计算公式能够很好地描述多层土体墙后主动土压力分布规律,计算结果与数值模拟结果基本一致;当上、下土层参数一致时,该公式可以退化成单一土层土压力计算模型;当墙土摩擦角充分发挥时,上层土体墙后土压力受土体内摩擦角影响明显,而当墙土摩擦角部分发挥时,下层土体墙后土压力受墙土摩擦角影响更大。

黏性土中条壁式地连墙基础竖向承载特性研究

条壁式地连墙基础长宽比较大,承载性能优越,施工速度快捷,具有较好工程应用前景。但其承载机理尚不明晰,通过建立条壁式地连墙基础数值模型,研究了条壁式地连墙基础竖向承载特性及墙-土相互作用机理,分析了墙体参数、土体参数等因素对条壁式地连墙基础竖向承载力的影响。计算结果表明,单幅地连墙每增加10 m埋深可使承载力提高34%~60%。每增加12 m墙长度可使承载力提高14%~89%。地连墙承载力随土体黏聚力和内摩擦角增加而基本呈线性增长,随土体弹性模量增加而呈对数增长。当墙顶荷载接近极限时,墙端附近形成一个锥形的潜在滑移面。地连墙长度越长,地连墙对周围土体影响范围越来越大,墙幅间对周围土体影响存在叠加效应。

水平地震作用下双级加筋土挡墙损伤识别研究

因对台阶式加筋土挡墙损伤识别的研究不足,开展了双级加筋土挡墙的大型振动台试验。采用时域识别方法分析了水平地震作用下模型的动力响应特征,阐述了上、下级挡墙自振频率、阻尼比的分布规律,探究了结构损伤程度与自振频率、阻尼比间的对应关系。研究结果表明:加载前上、下级挡墙的自振频率基本一致,阻尼比随墙高的增加而减小;随着加载工况的累积,自振频率逐渐减小,阻尼比逐渐增大。采用数学方法对自振频率和阻尼比分布曲线进行多项式拟合,对比分析可得:当自振频率减小0~15.41%、阻尼比增大0~299.35%时,结构处于基本完好阶段;当自振频率减小15.41%~18.92%、阻尼比增大299.35%~360.07%时,结构处于轻微破坏阶段;当自振频率减小18.92%~21.29%、阻尼比增大360.07%~398.21%时,结构处于中等破坏阶段;当自振频率减小21.29%~29.60%、阻尼比增大398.21%~532.99%时,结构处于毁坏状态。

土钉墙+桩锚式组合的深基坑支护技术研究

以石家庄市某深基坑项目为案例背景,通过研究土钉墙+预应力锚索组合的支护形式,将理论与施工现场实际相结合,同时对常见的施工质量问题进行分析并提出相应的解决措施,以期为相关工程提供参考经验。

原位钻孔剪切试验在加筋土挡墙填土中的应用研究

为了给加筋土挡墙进行形变和稳定性分析的数值模拟提供一定参考数据,利用原位钻孔剪切试验测定挡土墙填土的抗剪强度参数。通过使用剪切探头对孔壁施加不同的法向力的同时向上提拉剪切头,记录相应的剪切力峰值,并采用最小二乘法绘制摩尔—库伦包线。通过3组有效数据测得加筋土挡墙填土在含水率17.67%的情况下抗剪强度平均值为c=19.8kPa、φ=34.0°,与现场实际情况相符合。但试验过程中也发现原位钻孔剪切试验对孔壁质量较为敏感的问题。

不同面板型式加筋土挡墙振动响应数值分析

以刚/柔组合墙面加筋土挡墙的振动台试验结果为基准,建立刚/柔组合式、模块加返包式、模块式和格宾式面板型式加筋土挡墙的FLAC^(3D)数值模型,研究面板型式对挡墙水平位移、加速度响应及地震土压力分布的影响。结果表明:在静力作用下不同面板型式挡墙的变形模式略有不同;振动作用下,变形大小为组合式<模块加返包式<格宾式<模块式;加筋区内加速度放大系数为组合式>模块加返包式>格宾式>模块式;面板处加速度放大系数均大于加筋区,且面板型式不同,放大规律亦不同;面板型式不同,地震主动土压力非线性分布规律不同;合力作用点位置大多高于M-O方法的H/3,且受加速度幅值影响较小。

复杂地层超深地下连续墙设计与施工关键技术

以上海软土地区某挖深达45.5m的矩形超深基坑工程为依托,针对深度约90m的超深地下连续墙的设计和施工关键技术展开了系统研究。提出了适用于超深基坑工程的墙体分幅设计、止水措施、混凝土配合比、钢筋配置、垂直度要求等一系列设计参数。正式施工前进行了复杂地层的成槽试验及首件施工验收,确定其施工能力、施工工效以及施工参数,并针对超深地下连续墙容易出现的施工质量通病提出了系统的施工控制措施。在此基础之上完成了该工程超深地下连续墙的正式施工,墙体质量的超声波检测及开挖验证结果均达到设计要求,坑外地下水监测数据验证了悬挂帷幕的承压水控制效果,顺利通过了基坑开挖和结构回筑的服役过程。

整体现浇面板包裹式加筋土挡墙力学特性研究

为探究整体现浇面板包裹式加筋土挡墙在交通荷载作用下的受力变形特性,以成昆铁路峨米段整体现浇面板包裹式加筋土挡墙为工程背景,利用现场监测数据并运用大型岩土有限元软件midas GTS对整体现浇面板包裹式加筋土挡墙进行了系统研究,实际工程中应适当增加挡墙中部筋带数量,减少加筋间距,增大加筋长度,采用短筋和长筋交替布置的方案,充分发挥筋材的加筋作用,加强挡墙整体稳定性。

预制H型混凝土板桩在软土地区深大基坑中的应用

以上海天安豪园二期C区项目为例,将五轴搅拌桩内插预制H型混凝土板桩应用到上海软土地区地下2层基坑中。详细介绍了H型板桩的设计方法、施工要点,采用规范算法预测基坑开挖期间围护结构变形,并与现场实测数据进行对比分析,结果表明,支护结构及周边环境均处于安全稳定状态,从而验证H型板桩围护的有效性。