软土地铁深基坑倒塌分析
发布时间：2021-08-06 04:23
随着地下轨道交通的建设,沿海城市建筑密集区出现了大量狭长型软土深基坑,基坑开挖导致的灾变情况时有发生,最为著名的如新加坡地铁环线Nicoll highway（2004）基坑倒塌与杭州湘湖地铁基坑倒塌（2008）,造成重大人员伤亡。传统的极限平衡法设计方法将抗隆起安全度（FOS）与支护侧移分别独立考虑,且不能考虑基坑开挖宽度的影响,而有限元强度折减法则存在计算稳定性判断准则、本构关系选择及参数确定等难题。笔者于2014年修改了剑桥大学Bolton课题组提出的强度发挥度设计法（MSD）中的余弦曲线,提出了基于偏态高斯曲线机动场的MMSD上限分析法,成功用于软土宽基坑稳定的分析;随后于2018年采用MMSD方法成功分析软土狭长型基坑支护土体的变形。进一步采用MMSD方法对新加坡Nicoll highway基坑和杭州湘湖基坑两个狭长型基坑倒塌案例进行分析,并与实测值、极限平衡法（包括规范法、Hsieh等的方法、Su等的方法）和有限元法预测结果进行了比较。结果表明MMSD法基于狭长深窄基坑相适应的机动场,采用实测土体应力应变关系且能考虑土体不排水强度各向异性,可以更准确地预测倒塌发生机制。
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
狭长型基坑土体位移场比较
潘?た觥?湘湖地铁基坑倒塌的最主要原因是坑底超挖[1，8，15]。设计规定基坑开挖至支撑设计标高以下0.5m时，必须及时设置支撑，不得超挖。图7是实际开挖时N2段基坑工序图[15]，可看出在长约26m的施工段上未设置最下一道支撑即挖至基坑底，导致该施工段范围内第三道支撑轴力急剧增大，而第三道支撑的单根钢管承载力却由于施工原因大幅降低，因此该施工段内支撑体系首先失效。施工时未按设计要求对坑底被动区土体进行搅拌桩加固也是湘湖基坑倒塌的诱因，如图8所示[15]。图4湘湖基坑倒塌现场[15]Fig.4Xianghuexcavationaftercollapse[15]图5湘湖基坑围护结构设计图[15]Fig.5SoilprofileandretainingstructuresalongatypicalsectionofXianghuexcavation[15]表3总结了张旷成等[1]，Chen等[8]分别通过极限平衡法和有限元强度折减法计算的湘湖地铁基坑安全度。虽然两者计算结果都表明在超挖情况下基坑会发生倒塌（FOS<1.0），但极限平衡法所得FOS远小于临界值1.0，过于保守，并且不同极限平衡分析法所对应的破坏临界值均不相同且大于1.0[1]，缺乏理论依据。Chen等[8]利用有限元强度折减法计算了超挖段与未超挖段FOS值，分别为0.94与0.97（均小于1.0），表明不超挖基坑也要倒塌，与实际有所出入。Chen
第9期王立忠，等.软土地铁深基坑倒塌分析1605图1MMSD法和MSD法变形曲线与实测数据比较Fig.1ComparisonofdeformationprofilebetweenmeasureddataandtheoreticalcurvesbyMMSDandMSDMSD法机动场变形曲线型式以最下层支撑以下支护侧移增量拟合得到，但实际基坑机动场变形波长一般大于最下层支撑以下支护的高度。尤其在软土地区，支护底部无法嵌入良好土层时，变形曲线的型式应由支护及其下方土体的侧移共同决定。图1总结了基坑离心机试验中测得的支护与土体侧移增量[23]和上海地区软土地区基坑现场实测支护侧移增量[24]，并与MMSD法[15-17]、MSD法[14，21]机动场变形曲线和规范法中经验曲线[12]进行了比较。结果表明MMSD法提出的偏态高斯曲线不论在峰值点位置还是整体形态方面都较另两条曲线更符合实测值。图2（a）是离心机试验中多支撑狭长型软土基坑变形位移场及其边界位移包络图，其地表沉降与支护侧移的峰值点位置（0.24l）和整体形态与图2（b）中MMSD法针对狭长型基坑提出的机动场十分接近（0.22l）。而与图2（c）中MSD法峰值点位置（0.42l）差别较大。根据能量守衡原理，土体由于竖向位移产生的势能损失与其所发挥的剪切应变耗散能相等，土体强度发挥程度可由下式得到[14]satvuddvvvsv，(2)式中，sat,us,v分别表示土体饱和重度、不排水抗剪强度和变形区域的总体积。表1[15]与表2[15]分别为基坑变形区域内各点的剪应变增量（）与竖向位移增量（v）。根据值以及变形区域典型土体单元的实测强度发挥曲线，可得到整个变形
【参考文献】：
期刊论文
[1]软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究[J]. 张飞,李镜培,孙长安,沈广军,李飞. 岩土力学. 2016(10)
[2]Base stability analysis of braced deep excavation in undrained anisotropic clay with upper bound theory[J]. WANG LiZhong,LONG Fan. Science China（Technological Sciences）. 2014(09)
[3]基坑变形预测的改进MSD法[J]. 王浩然,王卫东,黄茂松,徐中华. 岩石力学与工程学报. 2011(S1)
[4]杭州地铁湘湖站“08.11.15”基坑坍塌事故分析[J]. 张旷成,李继民. 岩土工程学报. 2010(S1)
[5]软黏土地基中基坑稳定分析中的强度指标[J]. 李广信,李学梅. 工程勘察. 2010(01)
[6]新加坡地铁环线C824标段失事原因分析（二）——围护体系设计中的错误[J]. 肖晓春,袁金荣,朱雁飞. 现代隧道技术. 2009(06)
博士论文
[1]软土地基狭长型深基坑性状分析[D]. 张雪婵.浙江大学 2012
硕士论文
[1]上限法分析深厚软土中基坑坑底抗隆起稳定性[D]. 龙凡.浙江大学 2014
本文编号：3325061
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
狭长型基坑土体位移场比较
潘?た觥?湘湖地铁基坑倒塌的最主要原因是坑底超挖[1，8，15]。设计规定基坑开挖至支撑设计标高以下0.5m时，必须及时设置支撑，不得超挖。图7是实际开挖时N2段基坑工序图[15]，可看出在长约26m的施工段上未设置最下一道支撑即挖至基坑底，导致该施工段范围内第三道支撑轴力急剧增大，而第三道支撑的单根钢管承载力却由于施工原因大幅降低，因此该施工段内支撑体系首先失效。施工时未按设计要求对坑底被动区土体进行搅拌桩加固也是湘湖基坑倒塌的诱因，如图8所示[15]。图4湘湖基坑倒塌现场[15]Fig.4Xianghuexcavationaftercollapse[15]图5湘湖基坑围护结构设计图[15]Fig.5SoilprofileandretainingstructuresalongatypicalsectionofXianghuexcavation[15]表3总结了张旷成等[1]，Chen等[8]分别通过极限平衡法和有限元强度折减法计算的湘湖地铁基坑安全度。虽然两者计算结果都表明在超挖情况下基坑会发生倒塌（FOS<1.0），但极限平衡法所得FOS远小于临界值1.0，过于保守，并且不同极限平衡分析法所对应的破坏临界值均不相同且大于1.0[1]，缺乏理论依据。Chen等[8]利用有限元强度折减法计算了超挖段与未超挖段FOS值，分别为0.94与0.97（均小于1.0），表明不超挖基坑也要倒塌，与实际有所出入。Chen
第9期王立忠，等.软土地铁深基坑倒塌分析1605图1MMSD法和MSD法变形曲线与实测数据比较Fig.1ComparisonofdeformationprofilebetweenmeasureddataandtheoreticalcurvesbyMMSDandMSDMSD法机动场变形曲线型式以最下层支撑以下支护侧移增量拟合得到，但实际基坑机动场变形波长一般大于最下层支撑以下支护的高度。尤其在软土地区，支护底部无法嵌入良好土层时，变形曲线的型式应由支护及其下方土体的侧移共同决定。图1总结了基坑离心机试验中测得的支护与土体侧移增量[23]和上海地区软土地区基坑现场实测支护侧移增量[24]，并与MMSD法[15-17]、MSD法[14，21]机动场变形曲线和规范法中经验曲线[12]进行了比较。结果表明MMSD法提出的偏态高斯曲线不论在峰值点位置还是整体形态方面都较另两条曲线更符合实测值。图2（a）是离心机试验中多支撑狭长型软土基坑变形位移场及其边界位移包络图，其地表沉降与支护侧移的峰值点位置（0.24l）和整体形态与图2（b）中MMSD法针对狭长型基坑提出的机动场十分接近（0.22l）。而与图2（c）中MSD法峰值点位置（0.42l）差别较大。根据能量守衡原理，土体由于竖向位移产生的势能损失与其所发挥的剪切应变耗散能相等，土体强度发挥程度可由下式得到[14]satvuddvvvsv，(2)式中，sat,us,v分别表示土体饱和重度、不排水抗剪强度和变形区域的总体积。表1[15]与表2[15]分别为基坑变形区域内各点的剪应变增量（）与竖向位移增量（v）。根据值以及变形区域典型土体单元的实测强度发挥曲线，可得到整个变形
【参考文献】：
期刊论文
[1]软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究[J]. 张飞,李镜培,孙长安,沈广军,李飞. 岩土力学. 2016(10)
[2]Base stability analysis of braced deep excavation in undrained anisotropic clay with upper bound theory[J]. WANG LiZhong,LONG Fan. Science China（Technological Sciences）. 2014(09)
[3]基坑变形预测的改进MSD法[J]. 王浩然,王卫东,黄茂松,徐中华. 岩石力学与工程学报. 2011(S1)
[4]杭州地铁湘湖站“08.11.15”基坑坍塌事故分析[J]. 张旷成,李继民. 岩土工程学报. 2010(S1)
[5]软黏土地基中基坑稳定分析中的强度指标[J]. 李广信,李学梅. 工程勘察. 2010(01)
[6]新加坡地铁环线C824标段失事原因分析（二）——围护体系设计中的错误[J]. 肖晓春,袁金荣,朱雁飞. 现代隧道技术. 2009(06)
博士论文
[1]软土地基狭长型深基坑性状分析[D]. 张雪婵.浙江大学 2012
硕士论文
[1]上限法分析深厚软土中基坑坑底抗隆起稳定性[D]. 龙凡.浙江大学 2014
本文编号：3325061
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