建筑基坑土钉支护边坡稳定性的数值摹拟

建筑基坑土钉支护边坡稳定性的数值模拟研究引言由于城市建设的快速发展，人们对地下空间的需求越来越大。大型、高层的建筑物通常配以多层地下室，另外城市地下交通工程的建设也使得拓展地下空间的趋势将长期保持下去。随之而来的大量深基坑工程的稳定性也逐渐被岩土工程师们所重视。自从土钉支护方法1992年应用于深圳文锦广场大厦基坑支护工程以来，其造价低、施工时间短的特点使得土钉支护得到了快速的发展，特别是北京地区其加固的直坡深度已超过了20m。但是，对于土钉支护边坡的变形位移特征还需要进一步研究。本文利用有限差分软件FLAC3D对由土钉支护的基坑边坡进行模拟，分析了边坡变形特征及原因，以对今后的边坡支护工程提供参考。1工程地质概况及模型1.1工程概况及支护方案拟建场地位于xx市xx区xx村路1号原地质仓库院内，在地貌单元上位于xx河冲洪积扇中下部，场区地形平坦。场地北侧为xx路，南邻xx一路。该工程由住宅楼、地下车库和配套裙房等组成，采用钢筋砼剪力墙结构。拟建场区自然地坪标高平均约为34.90m。拟建场区北侧和东侧为现状道路，南侧和东南侧为现状住宅楼，但距拟建建筑物均大于20m，仅拟建场区北侧西端分布有配电室，且距基坑槽边仅约1m，在基坑施工过程中须加以保护。因此，本文对槽深为9米的基坑北坡进行模拟。图1支护体系剖面图具体支护方案是：坡高9m，坡度为1：0.2；共设置土钉6排，土钉水平间距为1.5m，垂直间距为1.3m，土钉钢筋ф18mm，钻孔直径100mm，整个坡面挂设ф6@200钢筋网，并喷射8～10cm的混凝土，喷射混凝土标号为C20，支护体系剖面图如图1所示。1.2工程地质条件本场区土层在水平向分部比较稳定，垂直向变化显著，主要为粘性土、粉土、砂类土和碎石类土的多个沉积旋回，地层自上而下详述如下：1、表层为厚0.40m～4.80m的人工堆积之粘质粉土填土①层和杂填土①1层，厚度约为2m；2、人工堆积层以下为第四纪沉积层的砂质粉土②层，局部夹粘质粉土②1层和粉砂②2层透镜体，厚度约10m；3、粉细砂③层，夹粉质粘土③1层；卵石④层。1.3水文地质条件场区实测到一层层间潜水。初见水位埋深9.40～12.0m，绝对标高22.83～25.47m，静止水位埋深8.90～11.30m，绝对标高23.60～25.97m。图2建筑场地工程地质剖面图2基坑边坡稳定性的数值分析2.1工程地质模型第一层杂填土土性相对单一，参数取实测值。第二、三层土是由多种类型土层相结合,其参数经过对相关土层取加权平均值所得（具体参数如表1所示）。其中体积模量和剪切模量按式（1）、（2）计算。蹄（刮1杀）处崖卫违冶(腔2团)也式中：我Ｅ善—爱—亲扬式模浊量；按—阻—欢泊松比嚼。弄表壶1言纺基坑概浮化土层慌物理力揪学参数术土层赤序号狼土层粘类型弟层厚处（拨m蚁）平C航（滤KP友a刷）膜φ裳(沾°)饰ｒ聪(绵KN/睁m尾3斗)徒K瓶(奇MPa融)火G孝(岗MPa脏)梦1捉杂填土映2优10夺15扎18例78.膊89卡26莫2崭砂质夏粉土、命粘质粉阻土云10嫂24葡33出20远361博.87职102裤.12奶3盈粉细砂婆、卵石托6套0悔35夜20承447离.06强242副.56撒2.2盐甩基坑模月型和计净算参数锋实际基铃坑是一桑个冠长救140达m片，锐宽霞28铲m淘，喂深戚9喝m慎的长方业体。为伴了减少装计算量核，模型圣选取整日体躬的铅1/习4公进行模禽拟。同啄时，为水了消除黄边界效炎应的影轧响，取砌得更加法精确的台计算结遣果，模井型边界抽取汁长欧140敬m祸,状宽换30壮m售，吩深眯18眨m贡（如射图步3租所示）垄。图中鼓小长方匠体为基掠坑部分胳，大长嚼体为选兼取边界斤范围，蔑均做整喷体叫1/绝4微处理。残整个模凤型由炊156条2动5盛个单元待（项zon膏e慰）众,1纯757还6已个网格梅结点碑（射gri港d-p欺oin摩t艘）鲜,8查0疯个结构则单元此（乡str钳uct棚ura崇l-e欲lem拼en愁t学）组成章。豪图滋3浓键基坑土挪层的概刃化模型呼在施加戚模型边逮界条件迅时，由并于没有丹可靠的话地应力多资料，血并且在谣地下水鸭、土层馅种类和看深度的经影响下晨，无法庆确定模凳型合理郑的应力珠边界条瓦件。因曲此，本爪文采用晒约束模牌型边界内位移的斜位移边吓界条件限。这两沉类边界匙条件在祥理论是已等效的答。由于于选取的刺边界相盾对于基场坑来说起范围较爆大，施锤工过程诚对于模岩型边界做区域的啊影响很衬小，边北界产生幼的位移时可忽略寒不计，疯所以在讽模型的疲四周、吴底部边醉界及各顽面的法辆向上施观以零位锣移的边款界条件次。屈第一、逮二层的祖本构模者型选用皇弹塑性廊模型，柿第三层看选呈用林Moh签r-C曾oul律om应b迷模型。窜在闻FLA苏C干3D帐中角，蔬Moh鸣r-C融oul乔om公b缴模型的宗参数在变弹塑性怕模型振的胖K三、杂G似外还增衡加了粘卸聚座力糠C汉和内摩举擦妇角鼓φ土。另外浅，坡项对的均布蔬超载屿为稀20k为P户a荡，在模漠拟时作锋为初始捞条件加配以考虑痕。土钉中单元采嘱用无弯怎剪作用慨的霸Cab黄l乐e枪单元。完强度准播则采用胡摩尔－始库仑准杰则，并韵假设为恭大变型掀。基坑滥开挖和予边坡支窜护是依恨次逐步用完成的千，也就边是说开恰挖后，禽基坑边宝坡还没只有完全狭达到稳障定状态遗时就进撞行了支拿护。对轿于这种表情况，贪在模拟攻过程中陷通过控与制时间晌步片（京ste册p怖）来达克到控制卸开挖和薄支护时花间间隔夹的目的蚕。剖2.3辞鱼模拟过锋程和结庙果分析龄整个数蚊值模拟边过程分协为七个产部分。错第一步垄就是对造模型施挑加重力跪荷载，类使土体罢在自重妹应力作温用下平祝衡，这员个过程踢是模拟誉土体的杂固结沉求降过程躬。余下兆的六步课中，基签坑开挖草和相对烘应的土边钉支护婚组成一汁步，每泛次开挖僚至土钉誉设置深站度下驶的稻0.5粱m似处，直庙到挖至家基底。滥不平衡水力是千FLA揉C翅3D吨软件评砌估模型贴状态的坑一个重责要的物鸟理量，浩如果不趴平衡力蚂接近一南个非零善恒定值盟，则表舅示模型假破坏或险进入了街塑性流捆动状态脆。在基爪坑各步禽开挖与笼支护的烧不平衡午力的演滨化曲线昏中（商图畏4侮），最费左侧的译曲线是流基坑土宗体最初高的固结让沉降过桌程。其刺他六个窄突然增越大的趋戴势是基艰坑六步餐开挖的择过程，夹但是在其进行及狱时的土靠钉支护润后最大挥不平衡混力很快呀减小并阶趋于稳菌定。这刷些我们泥也可以桶从谢图链5吸开挖与穗支护的尿位移分炸布图中拿看出。铺在基坑倾进行第棍一次开事挖后（渴挖宪至爷1.7词m巧深处）搜，基坑拐北坡皆需要支极护的区怖域产生秒了一定裕量的位丹移，但质是在设午置了第与一步土耳钉后，昆该区域模的位移项量明显屠降低，竖塑性区烧的面积越也大大疲减小。象在模拟恒设置最阻后一步煤土钉后麦，基坑剪边坡的胶位移量杂被控制绝在构3m菊m荡左右。访昆图肢4回积土体初缸始状态究和六步氧开挖、赶支护的遭不平衡薄力随时围步的演梅化曲线依从第二慎步开挖挺开始，支基坑边粱角区域尝的位移先量明显叠增大，俊在施工础中需要逮做相应秘处理，中可将该屠地段的牙土钉加煌密以防裁止塌方此。另外歪，从案图厕4抚和痛图手5知都可以相看到，别最后一场步开挖哗产生的做不平衡疤力最大绿，其在非地表的闪影响范钞围也是四最大的偶，对基设坑稳定券性的影俩响也要毙大于之放前五步倍开挖。电从基坑游边坡的肃侧向位门移云图刮（佳图娘6旅）中可太以看出靠基坑边银坡的侧侵向位移榆呈中间燥大两头华小的分抛布态势陈，最大潜位移出惭现在边劲坡的中扫下部。陵这一分原析结果内与实际仓观测的场变形情单况一致捆（定图合7肃），这依与通常粥所认为龙的边坡焦侧向位妇移呈线样性分布续，坡顶坟处最大照的观点雁有出入遍。贺出现上纠述情况旷的原因设主要包稳括主体食自身因异素和施罗工因素育。坑基坑开摄挖最后斥一步产枪生的不踪平衡力绕最大是虾因为基疲坑开挖惠后，土眯体缷荷疏造成原恋有的应彻力平衡尿被破坏凳，应力温重新分锹布。而轿基坑边事角区域姨的位移辜量明显薄增大是损由于开址挖过程膜使得此山处产生鹿应力集扒中区，猫这一点计在施工循和监测详中应加作以注意冈，并且膏在以后订的基坑泳支护的钉设计中践要予以为考虑。巨边坡最项大位移载出现在菊边坡中稻下部的皇情况是服由于多岗种因素杆造成的邀。除了付土体自蹦身因缷帝荷造成煌平衡破辱坏，通霞过土体轨变形达荒到新的淹平衡外怒，施工挨过程的叙影响出牙是很大己的。每被步开挖速和土钉粗支护施哀工过程千中机械密振动对隔上一道胃支护结际构和土贸体的影叫响，使匠得上部户土体产占生新的屑位移。造另外，汤每步开占挖颠的持续鹿时间也誓不尽相厕同，持惊续时间偏较长没扣有在开础挖后短风时间内争支护的栗土体产们生的位岔移要明对显大于都及时支途护的土博体。最留后，由辽于施工挽时间属其雨季，红虽然在银边坡处士采取了析排水措删施但雨俱水仍会崇对边坡挨土体产宇生影响爱。对此范，将在粉今后的隙工作中健进行研峰究其具剖体关系珍。碎第一步狼开挖侮至殃1.7眯m塑桑仰糖唉桐识拨辽设置第厦一步土屠钉爱第二步来开挖朽至谜3闻m雹股纵燥汤语节设置第漂二步土抛钉青第六步忠开挖榨至藏9炒m裕扫狸超循星础设置第垫六步土蹄钉俗图谋5粒恋基坑开敢挖和土窑钉支护琴条件下犹的位移农分布柏图盒6胃基坑搭边坡侧裙向位移新云图堂（其中洽最大位断移出现趴在边坡童中下部搂测点）绒祥印甩更图楼7验鞭基坑边加坡位移草实测值导3爆脑结论及肝建议斗通过对狼北京市桶百子湾撒地区某投基坑边舅坡土钉圆支护的侍数值分士析，得隆到以下桌结论：匠随着基捆坑开挖杯和边坡湖支护的悔进行，拳基坑角盲落和长触边区域轧内产生裁的位移伐量要明断显大