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济南市区岩质基坑稳定性分析及支护技术研究

济南市区岩质基坑稳定性分析及支护技术研究

作者：宋享桦济南大学

学位级别：硕士

本论文以济南市区的地质环境条件为背景,采用“理论分析”和“数值模拟”相结合的思路,对济南市区岩质基坑的基坑类型、岩质基坑的特点、变形机制、破坏模式、稳定性理论评价以及支护技术方法等进行了比较系统的研究。(1)通过分析岩体... 详细信息

本论文以济南市区的地质环境条件为背景,采用“理论分析”和“数值模拟”相结合的思路,对济南市区岩质基坑的基坑类型、岩质基坑的特点、变形机制、破坏模式、稳定性理论评价以及支护技术方法等进行了比较系统的研究。(1)通过分析岩体的形成过程、岩体结构、岩体的赋存环境、岩体的结构面,对济南市区地下岩体的工程特性进行了分析。(2)根据岩质基坑开挖坡角角度的不同、基坑边壁倾向与岩层倾向角度的不同,划分了岩质基坑的不同类型。(3)通过对岩质基坑变形过程的力学分析,提出了五种岩体变形的基本组合形式和六种基坑破坏模式。(4)运用极限平衡法和相关的力学方法,对六种基坑破坏模式(平面滑动、圆弧滑动、楔体破坏、倾倒破坏、坑壁破坏、坑底隆起破坏)进行了稳定性分析,并推导了相应的稳定性系数计算公式。(5)详细分析了济南市区的地质构造、水文地质条件、地下岩石分布以及不良地质情况,并用FLAC3D数值模拟软件,模拟了岩质基坑的开挖过程,分析了基坑坑壁沿结构面的应力变化;同时,也对结构面影响参数与基坑临界稳定性之间的对应关系,进行了模拟分析。(6)对济南市区岩质基坑的支护技术,分析了支护设计时所需要考虑的因素,并提出了有效的支护措施,包括挂网喷护+防护锚杆、支护锚杆+防护锚杆的形式、上部放坡+下部锚杆(分为防护锚杆和支护锚杆)、上部锚杆+下部直立等。

关键词：岩质基坑破坏模式稳定性评价支护技术

富水砂土基坑渗水对侧墙变形和周边环境的影响

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浙江大学学报（工学版） 2023年第3期57卷 530-541页

作者：刘俊城谭勇宋享桦樊冬冬刘天任同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

依托富水砂土深基坑工程2次墙体严重渗水事故,通过现场调查和实测数据回顾,分析渗水期间基坑变形特性并总结事故原因.建立三维流固耦合数值模型揭示渗水灾变机理,对墙体渗水多种复杂工况展开研究.结果表明,富水砂土基坑渗水事故具有突发... 详细信息

依托富水砂土深基坑工程2次墙体严重渗水事故,通过现场调查和实测数据回顾,分析渗水期间基坑变形特性并总结事故原因.建立三维流固耦合数值模型揭示渗水灾变机理,对墙体渗水多种复杂工况展开研究.结果表明,富水砂土基坑渗水事故具有突发性,墙体1.075倍最终开挖深度处发生渗水可使墙后总水力梯度和水土压力分别突增至事故前的9.0~12.0倍和3.0~3.6倍,导致地连墙侧向位移快速增长.相较于开挖面以下渗水工况,开挖面及以上墙体渗水引起的坑外地表沉降增量更大,最大增量处距坑边更近,且影响范围更大.除了明显的承载和阻隔变形作用,隔离桩还能有效削弱渗水时动水力的作用,但当桩长超过最优临界值(1.6倍最终开挖深度)时,隔离桩保护效果的改善将不再明显.

关键词：富水砂层深基坑渗水隔离桩数值模拟

Tap型根系根—土复合体的直剪试验及离散元数值模拟

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Tap型根系根—土复合体的直剪试验及离散元数值模拟

基于协同响应的微型桩复合土钉合理桩间距的有限元分析

第十三届全国边坡工程技术大会

作者：宋享桦谭勇陆烨同济大学土木工程学院岩土及地下工程教育部重点实验室(同济大学) 上海大学力学与工程科学学院

在以往研究中,大多采用有限元连续介质的方法对根系进行模拟,不易体现根系在自然状态下分散的分支、以及抗拉不抗弯的特性。为了进一步揭示根系及众多分支固土护坡的内在机制,采用离散元数值仿真的方法并结合直剪实验,对Tap型(倒三角型... 详细信息

在以往研究中,大多采用有限元连续介质的方法对根系进行模拟,不易体现根系在自然状态下分散的分支、以及抗拉不抗弯的特性。为了进一步揭示根系及众多分支固土护坡的内在机制,采用离散元数值仿真的方法并结合直剪实验,对Tap型(倒三角型)根系进行了根-土复合体固土机理的探究。结果表明:离散元数值模拟可以较好的模拟植物根系和根-土复合体的力学效应;根系单根在拉拔过程中主要体现出"快速增加-稳定增加-瞬间屈服断裂"等三个阶段;相对于应力-位移曲线呈现出"波峰-应变软化"趋势的素土试样,根土复合体则呈现出"无波峰-应变硬化"的特点;植物根系主要通过增加粘聚力的形式来增加根土复合体的抗剪强度,摩擦角变化不明显;在直剪过程中,剪切位移影响区呈梭形状且在45°方向出现应力集中,整个根系接触力链的断裂,始于剪切面的右侧根系,并沿中轴线逐渐向左扩展,直至根系接触全部断裂,最终呈现出横向的楔形状;同时,根系分支的最大拉力呈现出从右向左逐级递减且呈"W"型分布的趋势。

关键词：根-土复合体 Tap型根系离散元数值模拟直剪试验

来源： cnki会议评论

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施工技术 2017年第S2期46卷 92-95页

作者：武永珍宋享桦陆瑶中铁三局集团第五工程有限公司山西晋中030600 同济大学土木工程学院上海200092 济南大学土木建筑学院山东济南250022 山东省城市地下工程支护及风险监控工程技术研究中心山东济南250022

微型桩复合土钉是一种常用的基坑支护形式,微型桩间距是控制变形的关键,但是目前设计理论的研究并不成熟,通过Flac3D数值模拟,研究微型桩复合土钉的协同作用机理,通过研究不同的微型桩间距,分析土体位移场和应力场的分布规律,以微型桩... 详细信息

微型桩复合土钉是一种常用的基坑支护形式,微型桩间距是控制变形的关键,但是目前设计理论的研究并不成熟,通过Flac3D数值模拟,研究微型桩复合土钉的协同作用机理,通过研究不同的微型桩间距,分析土体位移场和应力场的分布规律,以微型桩和土钉协同响应为根本,分析微型桩的合理间距。研究表明,微型桩间距2D(D为微型桩桩径)时,土钉的支护作用尚未发挥,桩间的土拱尚未形成;在桩间距4D^6D时,微型桩与土钉的复合作用最好,桩间的摩擦土拱首先形成;在6D时桩后端承拱发挥作用,且土钉之间的水平鞍型拱初步形成,此时钉头压区与微型桩压区开始出现叠交;在微型桩间距为9D时,桩后端承拱失效,土体发生绕流,但是土钉之间的鞍型拱转化为圆弧拱,土钉的支护作用增强;在微型桩间距12D时,钉间拱矢高变小,土体初步形成滑裂面。根据以上研究,建议微型桩与土钉复合支护中微型桩合理间距在控制在2D^9D,4D^6D协同效应最好。研究结论可为微型桩复合土钉支护设计及施工提供理论基础。

关键词：微型桩复合土钉协同作用桩间距

南通富水砂性地层地铁深基坑抽水回灌现场试验研究

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岩土工程学报 2020年第7期42卷 1331-1340页

作者：刘祥勇宋享桦谭勇景旭成南通城市轨道交通有限公司江苏南通226000 同济大学地下建筑与工程系上海200092

针对南通地区特殊的深厚富水砂性地层,通过展开一系列单井抽灌和群井抽灌现场试验,对各地层之间水力联系进行了探究,并进一步分析了降水引起的周围地层沉降变化和水位恢复引起的地层回弹与时间的关系。试验结果表明:①在深厚富水砂性地... 详细信息

针对南通地区特殊的深厚富水砂性地层,通过展开一系列单井抽灌和群井抽灌现场试验,对各地层之间水力联系进行了探究,并进一步分析了降水引起的周围地层沉降变化和水位恢复引起的地层回弹与时间的关系。试验结果表明:①在深厚富水砂性地层中,地下水位变化较快、短时间内便可趋于稳定,而地层土体沉降变化较慢,具有一定的滞后性;②降水(压)过程中,对上覆潜水层影响较大(沉降量37 mm),对承压水层和隔水层影响较小(沉降量6mm),且短时间内对承压水层进行抽水降压试验,对整个上覆土层影响并不明显;③回灌过程中,虽然水位上升较快,但土体回弹并不明显,地层沉降体现出一定的"塑性",其中,潜水层土体产生较大的"塑性"沉降量(20.2 mm),隔水层和承压含水层土体产生较小的"塑性"沉降量(2.9 mm);④在降水(压)过程中,建议潜水层地带双电源切换时间控制在7 min以内,承压水层地带控制在4 min内,并且后期回灌压力优选0.08 MPa,在敏感建筑物保护区域做到抽灌一体化,尽量减小因降水引起的附加变形。

关键词：富水砂性地层抽水试验回灌试验地表沉降土体深层位移塑性沉降量现场试验

地铁基坑开挖对紧邻桥桩及支护结构变形的影响

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济南大学学报（自然科学版） 2023年第6期37卷 734-738,745页

作者：于景志刘燕宋享桦杨帆许泽济南大学土木建筑学院山东济南250022 济南大学山东省城市地下工程支护及风险监控工程技术研究中心山东济南250022 济南鼎汇土木工程技术有限公司山东济南250002 山东省水利科学研究院山东济南250014

为了保证基坑开挖对紧邻既有桥梁桩基的安全性,结合某在建地铁车站实际工程,应用三维有限元软件MIDAS,对基坑开挖过程中桩体深层水平位移、地表沉降及桥墩竖向位移进行三维有限元模拟,并对现场实际监测结果进行分析。结果表明:基坑开挖... 详细信息

为了保证基坑开挖对紧邻既有桥梁桩基的安全性,结合某在建地铁车站实际工程,应用三维有限元软件MIDAS,对基坑开挖过程中桩体深层水平位移、地表沉降及桥墩竖向位移进行三维有限元模拟,并对现场实际监测结果进行分析。结果表明:基坑开挖造成支护结构产生鼓肚状变形,模拟结果曲线与监测结果曲线趋势一致;地表沉降呈漏斗状,模拟结果与监测结果具有较好的一致性;开挖基坑西侧桥桩JP23处桥墩的竖向位移大于开挖基坑东侧桥桩JP24处桥墩的竖向位移,说明距离越小,基坑开挖对桥桩的影响越大;根据模拟不考虑全方位高压喷射注浆桩加固,得到地表沉降最大竖向位移增大54.5%,并且桥墩竖向位移超过预警值,说明全方位高压喷射注浆加固对控制开挖变形具有重要作用。

关键词：地铁车站基坑开挖桥桩支护结构结构变形

拉拔作用下锚杆复合土钉支护协同作用细观机制研究

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岩石力学与工程学报 2019年第3期38卷 591-605页

作者：宋享桦谭勇刘俊岩刘燕马桂宁同济大学地下建筑与工程系上海200092 济南大学土木建筑学院山东济南250022 山东省城市地下工程支护及风险监控工程技术研究中心山东济南250022 中建八局第一建设有限公司山东济南250022

锚杆复合土钉墙支护以机动灵活、支护能力强、工期短、造价低等特点被广泛运用,但是对此支护形式的机制研究,一直落后于工程实践。基于PFC3D离散元数值模拟并结合室内模型试验,从细观层面探究砂土颗粒的位移场、运动轨迹、锚杆抗拔力、... 详细信息

锚杆复合土钉墙支护以机动灵活、支护能力强、工期短、造价低等特点被广泛运用,但是对此支护形式的机制研究,一直落后于工程实践。基于PFC3D离散元数值模拟并结合室内模型试验,从细观层面探究砂土颗粒的位移场、运动轨迹、锚杆抗拔力、土体孔隙率以及剪应力的变化规律,结果表明:在锚杆拉拔过程中,锚板直径越大,其竖向影响范围越大,并呈现出具有收敛性的喇叭口状位移场;锚杆和土钉之间的砂土颗粒以旋转移动和平行滑移为主,可划分为3个区域,但每一区域内颗粒的主要运动形式又不尽相同;在砂土中,当钉锚间距为两倍锚板直径时,锚杆复合土钉协同支护达到最佳效果;同时,在此过程中土体会出现明显的剪胀与剪缩现象,孔隙率变化呈正弦式波动曲线,并且在钉锚协同支护中,最小的孔隙率发生在土钉周围区域;颗粒间的挤压作用和颗粒运动受到土钉阻挡,共同加强了锚杆复合土钉之间的协同作用。该研究成果可为完善锚杆复合土钉支护设计理论提供参考。

关键词：土力学锚杆复合土钉协同作用机制锚杆拉拔试验细观分析

基于临界稳定的某石灰岩质基坑软弱结构面参数反分析

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基于临界稳定的某石灰岩质基坑软弱结构面参数反分析

超大地面荷载下盾构工作井叠合结构的力学响应

中国土木工程学会2016年学术年会

作者：宋享桦刘俊岩刘燕济南大学土木建筑学院山东省城市地下工程支护与风险监控工程研究中心

本文以济南某石灰岩基坑为背景,采用三维快速拉格朗日方法（FLAC3D）建立岩质基坑与结构面相关联的三维动态计算模型,基于岩体结构面破坏的Mohr-Coulomb准则和稳定性准则,通过定值判据,反分析结构面强度及产状的参数。以结构面倾角、黏... 详细信息

本文以济南某石灰岩基坑为背景,采用三维快速拉格朗日方法（FLAC3D）建立岩质基坑与结构面相关联的三维动态计算模型,基于岩体结构面破坏的Mohr-Coulomb准则和稳定性准则,通过定值判据,反分析结构面强度及产状的参数。以结构面倾角、黏聚力强度作为随机变量,在探究基坑开挖过程中x-z斜截面上应力场变化的基础上,分析了结构面黏聚力强度、倾角与结构面裸露高度的对应关系,得出了在基坑处于临界稳定状态下,当结构面的倾角一定时,裸露高度不断增加,则结构面的临界黏聚力强度不断增大;当保持结构面的黏聚力一定时,裸露高度不断增加,则结构面的临界倾角不断减小。这为基坑工程的支护设计、施工提供判据借鉴,对类似工程具有一定的指导意义。

关键词：岩石基坑结构面基坑开挖黏聚力强度参数倾角参数数值模拟

来源： cnki会议评论

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济南大学学报（自然科学版） 2024年第1期38卷 29-36,47页

作者：宋博刘俊岩刘燕宋享桦扈萍李春林张亮亮孙文昊济南大学土木建筑学院山东济南250022 济南城市建设集团有限公司山东济南250014 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

为了解决现行盾构工作井的设计缺乏对超大地面荷载作用的验算问题,通过开展室内缩尺模型试验,研究盾构工作井从施工期到服役期在超大地面荷载下地下连续墙与主体结构侧墙所构成叠合结构的力学响应,并考虑盾构工作井周围土体中地下水的作... 详细信息

为了解决现行盾构工作井的设计缺乏对超大地面荷载作用的验算问题,通过开展室内缩尺模型试验,研究盾构工作井从施工期到服役期在超大地面荷载下地下连续墙与主体结构侧墙所构成叠合结构的力学响应,并考虑盾构工作井周围土体中地下水的作用,探讨土体抗剪强度减小对超大地面荷载最大值的影响。结果表明:在超大地面荷载作用下,盾构工作井中隔墙的抗压刚度较大,以受压的形式承担了大量的荷载效应,导致叠合结构上部容易发生低应力水平下的整体水平位移,进而在围护结构底部发生失稳,导致整体破坏;主体结构侧墙在施工期的初始挠度及叠合结构整体水平位移使得叠合结构中地下连续墙承担了大部分内力;通过观测室内缩尺模型中叠合结构的变形量,由模型数据换算得到盾构工作井顶部极限超载为445.5 kPa,远大于盾构工作井周围土体地基承载力特征值130 kPa,验证了采用地基承载力对超大地面荷载下地面硬化进行设计的安全、可靠性。

关键词：盾构工作井叠合结构超大地面荷载模型试验地基承载力