岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3565-3576.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1907

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考虑圆孔不均匀收敛和空间效应的基坑坑外土体水平位移场分析

应宏伟1, 2,熊一帆1,沈华伟3,魏锋4,李冰河5,吕唯1   

  1. 1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 浙江大学 滨海和城市岩土工程研究中心,浙江 杭州 310058; 3. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 310000;4. 中铁十一局集团城市轨道工程有限公司,湖北 武汉 430074; 5. 浙江省建筑设计研究院,浙江 杭州 310006
  • 收稿日期:2022-12-06 接受日期:2023-04-07 出版日期:2023-12-20 发布日期:2023-12-21
  • 通讯作者: 熊一帆,男,1999年生,硕士研究生,主要从事地下工程方面的科研工作。E-mail: cxxyf0831@163.com E-mail:ice898@zju.edu.cn
  • 作者简介:应宏伟,男,1971年生,博士,教授,主要从事地下工程、软黏土力学与地基处理方面的教学与科研工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51678523);中央高校基本科研业务费(No.B200201012);浙江省建设科研项目(No.2018K119)。

Analysis of horizontal displacement field of soil outside foundation pit considering nonuniform convergence of circular hole and spatial effect

YING Hong-wei1, 2, XIONG Yi-fan1, SHEN Hua-wei3, WEI Feng4, LI Bing-he5, LÜ Wei1   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China; 3. Huadong Engineering Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310000, China; 4. China Railway 11th Bureau Group City Rail Engineering Co. Ltd., Wuhan, Hubei 430074, China; 5. Zhejiang Province Institute of Architectural Design and Research, Hangzhou, Zhejiang 310006, China
  • Received:2022-12-06 Accepted:2023-04-07 Online:2023-12-20 Published:2023-12-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51678523), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (B200201012) and the Zhejiang Province Construction Research Project (2018K119).

摘要: 基坑开挖将使土体产生水平位移,过大的水平位移会使邻近地下结构受到破坏。基于圆孔均匀收敛假定的传统影像源法低估了浅层土体的水平位移,应用于工程实践偏不安全,且该方面的研究大多基于平面应变分析,不能考虑基坑的空间效应。借助虚拟镜像技术和微元法推导了考虑不均匀收敛特性的土体水平位移的二维和三维半解析解,将半解析解同实测数据、既有理论解以及有限元结果进行对比,提出符合实际情况的不均匀收敛模式;进一步地,基于杭州深厚软黏土地区工程实例对土体水平位移的空间效应进行了详细的分析。结果表明:向下收敛的极限为更接近实际情况的收敛模式;被广泛认为偏于安全的平面应变解无法考虑平行于挡墙的土体水平位移,低估了基坑角部附近浅层土体的总水平位移;工程实践中容易忽视的平行于挡墙的土体位移可能对邻近浅基础和地下管线等浅埋结构造成意料之外的危害。

关键词: 基坑开挖, 水平位移, 虚拟镜像技术, 不均匀收敛, 三维应变, 空间效应

Abstract: Excavation of foundation pit induces the horizontal displacement of soil, and the excessive horizontal displacement will cause damage to adjacent underground structures. The traditional virtual mirror technology based on the assumption of uniform convergence of circular hole underestimates the horizontal displacement of shallow soil, which is unsafe in engineering practice. Most of the research in this field is based on plane strain analysis, and the spatial effect of foundation pit cannot be considered. The two-dimensional and three-dimensional semi-analytical solutions of soil horizontal displacement considering nonuniform convergence characteristic were derived using virtual mirror technology and infinitesimal method. The nonuniform convergence mode in line with the actual situation was proposed by comparing the semi-analytical solution with the measured data, the existing theoretical solution, and the finite element results. Furthermore, the spatial effect of soil horizontal displacement was analyzed in detail based on an engineering case in Hangzhou deep soft clay. The results indicate that the limit of downward convergence is the convergence mode closer to the actual situation. The plane strain solution, which is generally considered to be safe, cannot consider the horizontal displacement of soil parallel to the retaining wall and will underestimate the total horizontal displacement of shallow soil near the corner of foundation pit. The soil displacement parallel to the retaining wall that is easily ignored in engineering practice may cause unexpected harm to shallowly buried structures such as shallow foundations and underground pipelines.

Key words: excavation of foundation pit, horizontal displacement, virtual mirror technology, nonuniform convergence, three-dimensional strain, spatial effect

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[1] 张治国, 毛敏东, 王卫东, PAN Y T, 吴钟腾, . 降雨影响下基坑开挖施工对邻近基桩变形响应分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 27-49.
[2] 张坤勇, 张梦, 孙斌, 李福东, 简永洲, . 考虑时空效应的软土狭长型深基坑地连墙变形计算方法[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2389-2399.
[3] 王锐松, 郭成超, 林沛元, 王复明, . 富水粉土基坑装配式可回收支护开挖响应分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 843-853.
[4] 管凌霄, 徐长节, 王雪鹏, 夏雪勤, 可文海, . 基坑开挖及降水引起下卧隧道变形的解析解[J]. 岩土力学, 2023, 44(11): 3241-3251.
[5] 白时雨, 王文军, 谢新宇, 朱德良, . 考虑扰动影响的土体小应变硬化模型参数试验研究及其在基坑工程中的应用[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 206-216.
[6] 莫品强, 刘尧, 黄子丰, 滕鸿博, 陈斌, 陶祥令, . 复杂支护条件下深基坑支护桩−冠梁−支撑 的变形协调及空间效应研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2592-2601.
[7] 王祖贤, 施成华, 龚琛杰, 曹成勇, 刘建文, 彭铸, . 邻近车站(工作井)基坑开挖对下卧 盾构隧道影响的解析计算方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2176-2190.
[8] 朱旻, 陈湘生, 张国涛, 庞小朝, 苏栋, 刘继强, . 花岗岩残积土硬化土模型参数反演及工程应用[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1061-1072.
[9] 卢谅, 何林耀, 王宗建, KATSUHIKO ARAI, . 地震作用下加筋土挡墙水平位移分区计算理论[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 401-410.
[10] 鲁泰山, 刘松玉, 蔡国军, 吴恺, 夏文俊, . 软土地层基坑开挖扰动及土体再压缩变形研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 565-573.
[11] 赵久彬, 刘元雪, 何少其, 杨骏堂, 柏准, . 三峡库区阶跃变形滑坡水平位移与降雨量 数学统计模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 305-311.
[12] 丁楚, 余文瑞, 史江伟, 张宇亭, 陈永辉, . 水平循环荷载下桩基变形特性的离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2659-2664.
[13] 姚宏波, 李冰河, 童磊, 刘兴旺, 陈卫林. 考虑空间效应的软土隧道上方卸荷变形分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2453-2460.
[14] 王国辉, 陈文化, 聂庆科, 陈军红, 范晖红, 张川, . 深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩 影响的离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 399-407.
[15] 魏纲, 张鑫海, 林心蓓, 华鑫欣, . 基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 635-644.
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[1] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[2] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[3] 刘 斌,李术才,李树忱,钟世航. 隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究[J]. , 2009, 30(10): 3093 -3101 .
[4] 朱泽奇,盛 谦,梅松华,张占荣. 改进的遍布节理模型及其在层状岩体地下工程中的应用[J]. , 2009, 30(10): 3115 -3121 .
[5] 赵明华,刘小平,黄立葵. 降雨作用下路基裂隙渗流分析[J]. , 2009, 30(10): 3122 -3126 .
[6] 徐远杰,潘家军,刘祖德. 混凝土面板堆石坝的一种坝坡修整算法[J]. , 2009, 30(10): 3139 -3144 .
[7] 李少龙,张家发,张 伟,肖 利. 表层土渗透系数空间变异与随机模拟研究[J]. , 2009, 30(10): 3168 -3172 .
[8] 吴昌瑜,张 伟,李思慎,朱国胜. 减压井机械淤堵机制与防治方法试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3181 -3187 .
[9] 赵成刚,蔡国庆. 非饱和土广义有效应力原理[J]. , 2009, 30(11): 3232 -3236 .
[10] 孙文静,孙德安,孟德林. 饱和膨润土及其与砂混合物的压缩变形特性[J]. , 2009, 30(11): 3249 -3255 .