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考虑邻近结构阻隔影响的基坑开挖前降水引发地层变形的特性

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浙江大学学报（工学版） 2021年第2期55卷 338-347页

作者：曾超峰王硕袁志成薛秀丽湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201

依托天津某地铁车站基坑实测资料开展一系列数值模拟研究,考虑邻近结构阻隔影响,探讨在坑外有/无地下结构及既有地下结构与基坑不同间距条件下开挖前降水引发的围护结构及坑外土体变形特性,通过对比各工况下基坑围挡与坑外土体变形模式... 详细信息

依托天津某地铁车站基坑实测资料开展一系列数值模拟研究,考虑邻近结构阻隔影响,探讨在坑外有/无地下结构及既有地下结构与基坑不同间距条件下开挖前降水引发的围护结构及坑外土体变形特性,通过对比各工况下基坑围挡与坑外土体变形模式、最大围挡侧移与最大地面沉降发展规律、墙后地表沉陷与基坑围挡侧移的面积关系等,揭示邻近结构对开挖前抽水引发基坑变形的影响机理.研究表明,坑外地下结构的存在对地层运动发展有一定阻隔作用,且地下结构与基坑间间距越小,这种阻隔效应越明显;地下结构对其后方地层变形具有牵引效应,导致地下结构后方出现明显沉降槽,但随着地下结构与基坑间间距的增大,牵引效应不断减弱.阻隔、牵引效应发挥的临界值分别为1倍、2倍的目标降水深度;当地下结构与基坑间间距处于相应临界值以内时,在基坑设计中应考虑阻隔与牵引效应的影响以得到更合理的支护与施工监测方案.

关键词：基坑变形开挖前降水邻近结构阻隔效应牵引效应数值模拟

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开挖前降水引发基坑变形特性及控制方法

地下空间与工程学报 2019年第S1期15卷 492-497页

作者：薛秀丽曾超峰郑刚湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

随着邻近已运营高铁、地铁的深基坑工程越来越多,准确预测基坑施工全过程引起的环境变形并进行毫米级的控制成为深基坑建设的重要需求和挑战。工程实测资料表明,开挖前降水引起的基坑变形即可达厘米级,并可导致已运营高铁、地铁的变形... 详细信息

随着邻近已运营高铁、地铁的深基坑工程越来越多,准确预测基坑施工全过程引起的环境变形并进行毫米级的控制成为深基坑建设的重要需求和挑战。工程实测资料表明,开挖前降水引起的基坑变形即可达厘米级,并可导致已运营高铁、地铁的变形超过允许值。本文针对这一问题,结合已有文献分析,阐述了开挖前降水引发基坑变形的机理,总结了基坑宽度、降水深度、降水时间、土层渗透性等对降水引发基坑变形特性的影响规律,提出了降水井错位排布以控制开挖前降水引发基坑变形的方法,在此基础之上,对基坑开挖前降水引发变形问题的后续研究方向进行了探讨。

关键词：深基坑开挖前降水环境影响变形控制

潜水地区基坑开挖前降水引起的地面沉降计算方法研究

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潜水地区基坑开挖前降水引起的地面沉降计算方法研究

作者：马志豪兰州理工大学

学位级别：硕士

城市快速发展过程中地下空间的利用带来了基坑开挖深度的增加,基坑降水由此应运而生,但降水应用的同时也产生了一些相关的问题,比如地下的水位变化、地面的不均匀沉降等。本文基于这些问题对照现有不足,开展了部分针对性研究。并提出了... 详细信息

城市快速发展过程中地下空间的利用带来了基坑开挖深度的增加,基坑降水由此应运而生,但降水应用的同时也产生了一些相关的问题,比如地下的水位变化、地面的不均匀沉降等。本文基于这些问题对照现有不足,开展了部分针对性研究。并提出了两种修正浸润曲线方程的方法,借助修正后的浸润曲线展开了地面沉降计算,并通过考虑多因素影响对地面沉降计算进行了完善修正。具体的研究内容和结论如下:(1)为了得到更精确的潜水位分布曲线,考虑到潜水流入井中时存在的渗出面现象,对Dupuit公式变换推导的浸润曲线方程通过改变边界条件的方式进行了整体修正,得出了基于Dupuit假设的整体修正浸润曲线方程;考虑到原浸润曲线方程的误差局部性,采用局部修正的思想基于水跃影响值对数递减原则对误差区域进行了针对性修正,得出了基于Dupuit假设的局部修正浸润曲线方程。最后通过水位观测值和数值模拟值对比分析验证了两种修正方法的合理性和准确性。(2)基于两种修正后的浸润曲线方程和原浸润曲线方程将降水后的沉降区划分为疏干区和饱和影响区,各自分别计算两区域由降水引起的地面沉降量再通过区域沉降叠加的方法得出最终沉降量。建立数值模型对降水后的地面沉降进行模型分析,并将数值模型沉降值、基于两种修正方法计算的沉降值、基于原浸润曲线方程计算的沉降值以及沉降监测值分别进行对比分析,以验证基于修正浸润曲线方程计算地面沉降的可行性和可靠性。(3)考虑到降水导致渗流场变化所产生的渗流力对土体产生的附加沉降作用和围护结构侧摩阻力在地面沉降过程中对土体的沉降约束作用,对基于两种修正浸润曲线方程的沉降计算方法进行完善修正,并提出了基于渗流力和侧摩阻力作用修正的沉降计算公式。最后将其与工程监测值和数值模拟值等进行对比分析,以验证此完善公式的合理准确性。

关键词：开挖前降水浸润曲线方程渗出面水跃沉降

开挖前抽水条件下基坑围挡两侧非极限土压力计算模型

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岩土力学 2024年第6期45卷 1699-1708,1719页

作者：薛秀丽刘治珩曾超峰白宁陈宏波湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201

基坑开挖前的坑内抽水可引起围挡发生厘米级的侧移,但现行基坑设计理论仅提出了基于弹性支点法的土方开挖诱发围挡受力变形的计算方法,却并未提出如何计算基坑开挖前抽水引起的围挡侧移。若要沿用弹性支点法进行抽水侧移的计算,则如何... 详细信息

基坑开挖前的坑内抽水可引起围挡发生厘米级的侧移,但现行基坑设计理论仅提出了基于弹性支点法的土方开挖诱发围挡受力变形的计算方法,却并未提出如何计算基坑开挖前抽水引起的围挡侧移。若要沿用弹性支点法进行抽水侧移的计算,则如何确定抽水过程中围挡两侧土压力分布成为关键。为了提出基坑开挖前抽水条件下围挡两侧土压力的计算模型,首先提出了基坑开挖前抽水过程中围挡两侧土体受扰动区形态与范围;然后探明了扰动区内土体应变分布规律并提出土体应变分布模式;进一步地,建立了土体应变与围挡侧移的数学方程,并结合土体应力−应变方程最终构建了开挖前抽水条件下考虑基坑围挡侧移影响的土压力计算模型。所提出的土压力模型能够反映基坑开挖前抽水过程中围挡侧移对土压力的非线性影响,公式形式简单,参数取值方便,可为后续预测抽水引起的基坑围挡侧移提供重要基础。

关键词：基坑围挡位移开挖前降水应变状态模式应力路径非极限土压力

考虑邻近结构连续阻隔影响的基坑降水引发地层变形特性研究

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考虑邻近结构连续阻隔影响的基坑降水引发地层变形特性研究

作者：袁志成湖南科技大学

学位级别：硕士

基坑降水是富水地区基坑施工引发周边环境变形的重要因素。近年来,大量学者针对基坑降水环境效应问题开展了研究,他们的研究焦点主要为降水引发的坑外地层固结沉降及其对周边地下结构的影响。可是,对于止水帷幕完全截断坑内外水力联系... 详细信息

基坑降水是富水地区基坑施工引发周边环境变形的重要因素。近年来,大量学者针对基坑降水环境效应问题开展了研究,他们的研究焦点主要为降水引发的坑外地层固结沉降及其对周边地下结构的影响。可是,对于止水帷幕完全截断坑内外水力联系的基坑工程而言,基坑降水并不会导致坑外土体的固结沉降,而是通过诱发围护结构侧移并由此引发坑外地层运动。显然,当坑外存在既有地下结构时,土体的运动会在一定程度上受到既有地下结构限制,从而呈现出与坑外没有地下结构时不一样的变形响应。而截至目前,国内外鲜有关于这一问题的文献报道。为此,本文针对性地研究了考虑邻近既有地下结构阻隔影响的基坑降水引发地层变形特性。本研究依托天津地铁3号线某基坑工程,针对土方开挖前的基坑降水过程,开展了2组几何相似比为50的缩尺模型试验,研究了考虑邻近既有地下结构阻隔影响时基坑开挖前降水引发围护结构及周边地层的变形规律及变形机理;同时,基于工程实测资料分别建立了坑外有/无地下结构的基坑降水三维数值模型,并用实测资料对数值模型进行了验证;在此基础上,利用该模型进一步开展了参数分析以得到不同既有地下结构布置条件下,基坑降水引发的坑外地层变形特性,参数分析中所考虑的主要参数包括:地下结构与基坑间距、地下结构长度、地下结构埋深。本文模型试验和数值计算得到了下列成果:(1)无论坑外有/无地下结构,基坑开挖前降水均使得围护结构发生了指向坑内的悬臂式侧移,并进一步导致围护结构后方地层变形(此变形并非坑外水位下降引起的固结变形,而是围护结构后方地层损失导致的地层变形)。当坑外存在既有地下结构时,基坑降水引起的围护结构侧移及地面沉降均小于相同降水条件下无地下结构时结果;而地下结构与基坑间距(D)越小、地下结构长度越大(L)、地下结构埋深(Z)越大,开挖前降水引起的围护结构侧移及地面沉降越小;这说明,坑外既有地下结构对其与基坑之间的地层变形具有屏障效应,即,既有地下结构可阻隔这部分土体变形的发展,且这种屏障效应随着地下结构与基坑间距的增大而减弱,随着地下结构长度和地下结构埋深的增大而增强。此外,坑外无地下结构阻隔时的基坑降水引起的坑外地面沉降为“单沉降槽”模式,而坑外存在地下结构时则为“双沉降槽”模式(即,不但地下结构与基坑之间存在沉降槽,地下结构后方也存在沉降槽),这意味着地下结构对其后方的地层变形有牵引效应,且这种牵引效应随着地下结构与基坑间距、地下结构长度及地下结构埋深的增大而减弱。(2)通过对所有不同工况的计算结果进行统计分析,探究了围护结构最大侧移(δ)和地下结构与基坑之间地面最大沉降(δ)的关系,研究发现不同条件下δ的变化基本在δ=0.5δ到δ=0.9δ之间。同时对围护结构最大侧移增量及地面最大沉降增量的相应关系进行了拟合,得出了一个幂函数等式,可以对基坑降水方案的制定提供初步参考。(3)研究表明,开挖前降水使得坑内土体固结,从而导致坑内土体发生指向坑内的水平位移,其埋深10m范围内主动区墙土总压力减小、埋深19m范围内被动区墙土总压力减小及围护结构两侧负摩擦力的不对称是开挖前降水引起围护结构变形的根本原因。而坑外存在地下结构时,其埋深19m范围内被动区的墙土总压力减小量更大,且地下结构与基坑间距越小,其总压力减小量越大。地下结构长度及地下结构埋深越大,其总压力减小量越大。这也是围护结构侧移越小、既有地下结构的屏障效应越显著的根本原因。

关键词：既有地下结构开挖前降水数值模拟屏障效应牵引效应