深基坑工程——基坑稳定性分析

1、1第三章 基坑工程稳定性分析 主主 要要 内内 容容u 一、基坑工程常见失稳模式分析一、基坑工程常见失稳模式分析u 二、整体滑动稳定性验算二、整体滑动稳定性验算u 三、嵌固深度稳定性验算三、嵌固深度稳定性验算u 四、坑底土抗隆起稳定性验算四、坑底土抗隆起稳定性验算u 五、基坑渗流稳定性分析五、基坑渗流稳定性分析23基坑工程常见失稳模式分析基坑工程常见失稳模式分析基坑工程稳定性分析的主要内容基坑工程稳定性分析的主要内容第一节第一节 基坑工程常见失稳模式分析基坑工程常见失稳模式分析一、基坑工程常见失稳模式分析p 两类失稳形式 （1）开挖坡度过陡、土钉长度不够、桩（墙）入土深度偏浅，无法给土体提供足

2、够的阻力，导致整体失稳破坏。 （2）支护结构强度不够，在土压力作用下发生破坏，进一步导致土体的破坏。p 诱 因降雨或水的渗入基坑周边堆载振 动4 各类支护结构的失稳破坏模式各类支护结构的失稳破坏模式（1）刚性挡土墙基坑）刚性挡土墙基坑嵌固深度不够嵌固深度不够超超 载载土层强度低土层强度低（整体滑移破坏）（整体滑移破坏）1. 土体破坏（土体破坏（强度、渗流、变形强度、渗流、变形）倾覆破坏倾覆破坏挡土墙滑移破坏挡土墙滑移破坏整体滑移破坏整体滑移破坏5 各类支护结构的失稳破坏模式各类支护结构的失稳破坏模式（2）内支撑基坑）内支撑基坑超超 载载土软土软涌涌 砂砂土层强度低土层强度低隆起破坏隆起破坏1.

3、 土体破坏（土体破坏（强度、渗流、变形强度、渗流、变形）（坑底土隆起）（坑底土隆起）6承压水承压水突涌破坏突涌破坏管涌破坏管涌破坏降水设计不合理或设备失效降水设计不合理或设备失效失稳破坏失稳破坏分区开挖，放坡过陡（超大基坑）分区开挖，放坡过陡（超大基坑）（2）内支撑基坑）内支撑基坑7（3）拉锚基坑）拉锚基坑嵌固深度不够嵌固深度不够或超挖或超挖锚杆长度不够锚杆长度不够失稳破坏失稳破坏整体失稳破坏整体失稳破坏82. 围护结构破坏围护结构破坏（1）围护墙（桩）破坏）围护墙（桩）破坏剪切破坏剪切破坏弯曲破坏弯曲破坏（2）内撑或拉锚破坏）内撑或拉锚破坏（3）墙（桩）后体变形过大导致支护结构破坏）墙（桩）

4、后体变形过大导致支护结构破坏压曲破坏压曲破坏剪切破坏剪切破坏压曲破坏压曲破坏压曲破坏压曲破坏拉锚失效拉锚失效9排桩支护基坑失稳破坏排桩支护基坑失稳破坏10膨胀土基坑失稳破坏膨胀土基坑失稳破坏11二、基坑工程稳定性分析的主要内容二、基坑工程稳定性分析的主要内容稳定性破坏计算项目：稳定性破坏计算项目：重力式支护重力式支护结构结构（水泥土墙、双排桩）（水泥土墙、双排桩）v倾覆倾覆v滑移滑移v土体整体滑动失稳土体整体滑动失稳v坑底隆起坑底隆起v渗透渗透非重力式支护结构非重力式支护结构（悬臂支挡、锚拉、内撑结构等）（悬臂支挡、锚拉、内撑结构等）v墙后土体整体滑动失稳墙后土体整体滑动失稳v嵌固稳定性（倾覆

5、）嵌固稳定性（倾覆）v坑底隆起坑底隆起v渗透渗透倾覆稳定性验算又称为嵌固稳定性验算倾覆稳定性验算又称为嵌固稳定性验算或踢脚稳定性验算或踢脚稳定性验算1213无围护结构的基坑稳定性分析无围护结构的基坑稳定性分析有围护结构的基坑稳定性分析有围护结构的基坑稳定性分析第二节第二节 整体滑动稳定性验算整体滑动稳定性验算砂性土土坡稳定性分析砂性土土坡稳定性分析tancostanftnw抗滑力sintw下滑力cosnw法向分力一、无围护结构基坑稳定性分析costantansintanwwft安全系数k=t14costantansintanwwft安全系数k=t当当=时，安全系数最小，则时，安全系数最小，则工

6、程中一般要求工程中一般要求k1.251.30tantank15黏性土土坡稳定性分析黏性土土坡稳定性分析1. 瑞典圆弧滑动整体稳定分析瑞典圆弧滑动整体稳定分析稳定安全系数：滑动面上平均稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度抗剪强度与平均与平均剪应力剪应力之比之比也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩与滑动力矩之比。与滑动力矩之比。对对o点力矩平衡：点力矩平衡：16对于对于外形复杂、外形复杂、 00的粘性土的粘性土土坡，土体分层情况时，土坡，土体分层情况时，要确要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同

7、，分布不同，一般采用基于极限平衡原理的条分法分析。一般采用基于极限平衡原理的条分法分析。 2. 土坡稳定分析条分法土坡稳定分析条分法极限平衡分析的条分法：极限平衡分析的条分法：滑动土体滑动土体分为若干分为若干垂直土条垂直土条各土条对滑弧各土条对滑弧圆心的抗滑力圆心的抗滑力矩和滑动力矩矩和滑动力矩 土坡稳定土坡稳定安全系数安全系数 abcdiiocrabh17对于均质土坡，对于均质土坡，其最危险滑动面其最危险滑动面通过坡脚通过坡脚 最危险滑动面圆心的确定最危险滑动面圆心的确定（费伦纽斯近似法）（费伦纽斯近似法） 12roba =0=0 00 需多次试算需多次试算 ob12ahe2h4.5h圆心位

8、置由圆心位置由1 1，2 2 （查表得到（查表得到) )确定确定181920siiiiisfiiftgnl clft(costan)sini iiiirsiiclwmkmw底面法向静力平衡底面法向静力平衡:iiiwncos土条底面孔隙水应力已知时，可用土条底面孔隙水应力已知时，可用有效应力法进行计算：有效应力法进行计算： iiiiiiiiisinwtancos)luw(lck 21二、有围护结构基坑稳定性分析22圆弧滑动整体稳定性系数圆弧滑动整体稳定性系数ks：对于一级、二级：对于一级、二级和三级基坑分别不小于和三级基坑分别不小于1.35、1.30和和1.252324当验算结果不能满足整体稳定

9、性要求时，可以采当验算结果不能满足整体稳定性要求时，可以采取以下两种方法：取以下两种方法：p一是增加支护结构的一是增加支护结构的嵌固深度嵌固深度和和墙体厚度墙体厚度;p二是改变支护结构类型，如采取二是改变支护结构类型，如采取加内支撑加内支撑的方式。的方式。2526悬臂支护结构的嵌固稳定性验算悬臂支护结构的嵌固稳定性验算单层锚杆和单层支撑嵌固稳定性验算单层锚杆和单层支撑嵌固稳定性验算第三节第三节 嵌固深度稳定性验算（抗倾覆）嵌固深度稳定性验算（抗倾覆）一、悬臂支护结构的嵌固稳定性验算2728二、单层锚杆和单层支撑支挡结构嵌固稳定性验算2930根据根据建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程（20

10、12）：）：p 挡土结构的嵌固深度要满足：整体稳定性验算、挡土结构的嵌固深度要满足：整体稳定性验算、嵌固深度验算和抗隆起验算；嵌固深度验算和抗隆起验算；p对于悬臂式结构，尚不应小于对于悬臂式结构，尚不应小于0.8h；对单点支撑式；对单点支撑式结构，尚不应小于结构，尚不应小于0.3h；对于多点支撑式结构，尚不；对于多点支撑式结构，尚不应小于应小于0.2h。31例例 题题【例】某二级基坑开挖深度为某二级基坑开挖深度为10m，采用悬臂式支护结构，采用悬臂式支护结构，土层为黏性土，土层为黏性土，c=20kpa，=30 ，=18kn/m3，试计，试计算支护结构的嵌固深度。算支护结构的嵌固深度。32333

11、4例例 题题【例】某一级基坑开挖深度为某一级基坑开挖深度为8m，采用排桩，采用排桩加一水平支撑支护结构，内支撑位于地加一水平支撑支护结构，内支撑位于地面下面下3m处，支护桩入土深度处，支护桩入土深度ld=7m，土，土层为黏性土，层为黏性土，c=12kpa，=15 ，=19.3kn/m3，无地面施工荷载，桩长范，无地面施工荷载，桩长范围内无地下水，试计算该基坑的嵌固稳围内无地下水，试计算该基坑的嵌固稳定性（踢脚稳定性）。定性（踢脚稳定性）。358m7m3m内撑内撑58902154524522.tan)(tanka ）（ 712154524522.tan)(tankp ）（ kpa.kckhpaa

12、a71576701225890331921 支点支点计算主动、被动土压力系数计算主动、被动土压力系数主动土压力为主动土压力为0点距地面距离点距地面距离内撑点处的主动土压力为：内撑点处的主动土压力为：kpa.kckhpaaa713376701225890621-1531922 ）（桩端桩端 主动土压力的合力为：主动土压力的合力为：m/kn.ak45894621-15507133e ）（367670.ka 31.kp m.kcza621767031912220 桩端处的主动土压力为：桩端处的主动土压力为：主动土压力的合力距内撑点的距离为：主动土压力的合力距内撑点的距离为：m./).(a547362

13、115315a2 kpa.kckhpppp2313112223 坑底坑底基坑底面处的被动土压力为：基坑底面处的被动土压力为：kpa.kckhpppp872603112271731924 桩端桩端被动土压力的合力为：被动土压力的合力为：m/kn.).(pk2102275087260231e 37桩端处的被动土压力为：桩端处的被动土压力为：被动土压力的合力距内撑点的距离为：被动土压力的合力距内撑点的距离为：m.p42958275a2 4315474589442921022k22.aeaeaakppke ，满满足足嵌嵌固固稳稳定定性性要要求求251k.e 嵌固稳定安全系数为：嵌固稳定安全系数为：38

14、锚拉式或支撑式支挡结构抗隆起稳定性验算锚拉式或支撑式支挡结构抗隆起稳定性验算支护结构底面以下有软弱下卧层是抗隆起稳定支护结构底面以下有软弱下卧层是抗隆起稳定性验算性验算第四节第四节 坑底土抗隆起稳定性验算坑底土抗隆起稳定性验算一、锚拉式或支撑式支挡结构抗隆起稳定性验算建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程-2012推荐的推荐的prandtli的地基承载力公式的地基承载力公式bdmcqdmkq)lh(cnnl 012 dml2 dl01q)lh(dm 39cqdmkcnnlp 2 坑坑底底土土的的地地基基极极限限压压力力bdmcqdmkq)lh(cnnl 012 bkdl加加权权的的平平均均重

15、重度度；土土，取取各各层层土土按按厚厚度度土土的的天天然然重重度度；对对多多层层挡挡土土构构件件底底面面以以上上分分别别为为基基坑坑外外、基基坑坑内内21mm, bk40一、锚拉式或支撑式支挡结构抗隆起稳定性验算当坑底以下为软土时，以最下层支点为转动轴心的圆弧滑动模式按当坑底以下为软土时，以最下层支点为转动轴心的圆弧滑动模式按下列公式验算抗隆起稳定性：下列公式验算抗隆起稳定性：rk;kpajqj）标标准准值值（土土条条顶顶面面上上的的竖竖向向压压力力第第rkrk41二、支护结构底面以下有软弱下卧层是抗隆起稳定性验算当挡土构件底面以下有软弱下卧层时，抗隆起稳定性验算的部分应包括当挡土构件底面以下

16、有软弱下卧层时，抗隆起稳定性验算的部分应包括软弱下卧层，采用软弱下卧层，采用prandtli 地基承载力法验算，地基承载力法验算，m1, m2应取软弱下卧层应取软弱下卧层顶面以上土的重度，顶面以上土的重度，ld应用应用d替代替代。d为坑底至下卧层顶面的土层厚度。为坑底至下卧层顶面的土层厚度。悬臂式支挡结构可不进行抗隆起稳定性验算。悬臂式支挡结构可不进行抗隆起稳定性验算。42建筑地基基础规范建筑地基基础规范2002中的验算方法中的验算方法43当验算结果不能满足抗隆起稳定要求时，可以采当验算结果不能满足抗隆起稳定要求时，可以采取以下两种方法：取以下两种方法：一是增加支护结构的一是增加支护结构的嵌固

17、深度嵌固深度和和墙体厚度墙体厚度；二是改变基坑底部土体的工程性质，如采取二是改变基坑底部土体的工程性质，如采取地基地基处理处理的方法使基坑内土体的抗剪强度增大。的方法使基坑内土体的抗剪强度增大。44例例 题题【例】某饱和黏土层中开挖条形基础，拟采用某饱和黏土层中开挖条形基础，拟采用8m长的板状支护，长的板状支护，地下水位已降至板状底部，坑侧地面荷载地下水位已降至板状底部，坑侧地面荷载q=10kpa，土层性，土层性质质c=5kpa，=15 ，=19kn/m3，按，按建筑基坑支护技术建筑基坑支护技术规程规程2012，为满足基底抗隆起稳定性的要求，此基坑的最，为满足基底抗隆起稳定性的要求，此基坑的最

18、大开挖深度不能超过多少？（按一级基坑计算）大开挖深度不能超过多少？（按一级基坑计算）459332452.e )(tanntanq 设基坑的开挖深度为设基坑的开挖深度为h：46解：解：9310151.tan/)n(nqc 811081993105933-819012.hq)lh(cnnldmcqdm ）（ 解得：解得：m834.h 4731741751261856517m/kn.m 48解：解：1611231.tan/)n(nqc 23105127417161111735618012.q)lh(cnnlkdmcqdmb 满满足足抗抗隆隆起起稳稳定定性性要要求求,.kb8123 3218m/knm

19、 7352452.e )(tanntanq 49抗突涌稳定性验算抗突涌稳定性验算抗流土稳定性验算抗流土稳定性验算抗管涌稳定性验算抗管涌稳定性验算第五节第五节 基坑渗流稳定性分析基坑渗流稳定性分析基坑底部渗流稳定性分析基坑底部渗流稳定性分析 破坏形式：p坑底土体突涌破坏：坑底以下存在承压含水层时，隔水层厚度不足将无法抵抗含水层水压力，导致坑底土体突涌。p流砂或流土破坏：砂土等透水性地层中，受基坑内外水头差作用, 水力梯度超过临界梯度时,出现流砂或流土。50一、抗突涌稳定性验算whhwwkhd 坑底以下有水头高于坑底的承压含水层，且未用截水帷幕隔坑底以下有水头高于坑底的承压含水层，且未用截水帷幕隔

20、断其基坑内外的水头联系时，承压水作用下的断其基坑内外的水头联系时，承压水作用下的 坑底突涌稳定坑底突涌稳定性验算如下：性验算如下：51hwwkhd 加加权权平平均均天天然然重重度度；对对多多层层土土，取取土土层层厚厚度度土土层层的的天天然然重重度度；承承压压含含水水层层顶顶面面至至坑坑底底的的土土层层厚厚度度；承承压压含含水水层层顶顶面面至至坑坑底底不不应应小小于于突突涌涌稳稳定定性性安安全全系系数数， d;.kkhh11水水的的重重度度；水水头头高高度度承承压压含含水水层层顶顶面面的的压压力力ww;h 52二、抗流土稳定性验算悬挂式截水帷幕底端位于碎石土、砂悬挂式截水帷幕底端位于碎石土、砂土

21、或粉土含水层时，对均质含水层，土或粉土含水层时，对均质含水层，地下水渗流的地下水渗流的 流土稳定性验算如下：流土稳定性验算如下：fwdkhd.l ）（180253fwdkhd.l ）（1802水水的的重重度度。基基坑坑内内外外的的水水头头差差；土土的的浮浮重重度度；厚厚度度；顶顶面面至至基基坑坑地地面面的的土土层层潜潜水水面面或或承承压压水水含含水水层层插插入入深深度度；截截水水帷帷幕幕在在坑坑度度以以下下的的，分分别别不不应应小小于于级级的的支支护护结结构构，安安全全等等级级为为一一、二二、三三流流土土稳稳定定性性安安全全系系数数，wdhfhl;.,.kk 1d415161542 1.5swwwldkhh抗管涌稳定性验算三、抗管涌稳定性验算55当验算结果不能满足土体抗渗稳定要求时，可以当验算结果不能满足土体抗渗稳定要求时，可以采取以下两种方法：采取以下两种方法：p一是做一是做截水帷幕截水帷幕，截断含水层，同时将帷幕内的，截断含水层，同时将帷幕内的承压水降压；承压水降压；p二是在基坑底部进行二是在基坑底部进行地基加固地基加固，加大土体重度。，加大土体重度。56例例 题题【例】某基坑底下有承压含