›› 2014, Vol. 299 ›› Issue (2): 573-583.

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基坑垮塌的离散元模拟及冗余度分析

郑 刚1, 2,程雪松1, 2,刁 钰1, 2   

  1. 1.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;2.天津大学 土木工程系,天津 300072
  • 收稿日期:2012-11-18 出版日期:2014-02-11 发布日期:2014-02-18
  • 作者简介:郑刚,男,1967年生,博士,教授,博士生导师,主要从事土力学及岩土工程的教学与科研工作
  • 基金资助:

    国家科技支撑计划课题(No. 2012BAJ01B02-03);国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目(No. 2010CB732106);天津市科技计划项目(No. 11ZCGYSF00800)

Discrete element simulation and redundancy analysis of excavation collapse

ZHENG Gang1, 2, CHENG Xue-song1, 2, DIAO Yu1, 2   

  1. 1. Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety of Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. Department of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
  • Received:2012-11-18 Online:2014-02-11 Published:2014-02-18

摘要: 目前基于构件设计的基坑设计理论使得很多支护体系缺乏必要的冗余度,并导致了众多基坑事故。将离散元方法引入到基坑垮塌模拟和冗余度研究中,提出了基于局部破坏的冗余度分析模拟方法。进而以探究支撑端部连接对支护结构冗余度的影响为例,对两种连接情况的基坑的破坏过程进行了模拟,对其中的连续破坏现象进行了分析,并将模拟结果与实际工程进行了对比。结果表明,支护体系冗余度的提高可以有效地抵抗连续破坏的发生,防止基坑在局部损伤情况下,由一种形式的破坏引发其他形式的破坏,由局部破坏导致整体崩溃。另外,模拟结果也验证了离散元法在基坑破坏模拟中的适用性与可行性,为类似地下工程的破坏模拟和基坑冗余度的深入研究提供了参考。

关键词: 基坑, 支护体系, 冗余度, 连接节点, 离散元

Abstract: The conventional design method of deep excavation retaining structure generally processes element by element, consequently, some retaining structures are probably lack of essential redundancy, which is one of the reasons that led to many catastrophic collapses of deep excavations. Discrete element method (DEM) is adopted for simulation of excavation collapse and study of retaining structure redundancy; and a simulation method based on local failure for analyzing redundancy is also proposed. Here the influence of prop connection on the retaining structure redundancy is selected as an example of redundancy research. The failure processes of two excavations with different types of prop connections are simulated; and the phenomena of progressive collapses in them are compared and analyzed. Furthermore, the simulation results are also validated by comparison with the realistic case of excavation collapse. It is indicated that the improvement of the retaining structure redundancy can effectively resist the progressive collapse in deep excavation, and then the transformation of a type of damage to other types of damages and the evolution of the local damage to entire collapse can be avoided. In addition, the simulation results also show that the excavation collapse using DEM is feasible and reasonable, so as to provide a reference for simulation of such collapse problems in underground engineering and further study of redundancy in deep excavations.

Key words: excavation, retaining structure, redundancy, connection node, discrete elements

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[1] 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.
[2] 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.
[3] 郭院成, 李明宇, 张艳伟, . 预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 253-258.
[4] 丁智, 张霄, 金杰克, 王立忠, . 基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 415-423.
[5] 孙博, 杨怀德, 谷玲, 刘跃, 唐碧华, 赵桂连, 张连明. 基于UDEC颗粒模型的不确定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3679-3688.
[6] 申翃, 李晓, 雷美清, 徐文博, 余秀玲, . 剪力键支护体系的构想及模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2574-2580.
[7] 王蕴嘉, 宋二祥. 堆石料颗粒形状对堆积密度及强度影响的 离散元分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2416-2426.
[8] 余 瑜, 刘新荣, 刘永权, . 基坑锚索预应力损失规律现场试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1932-1939.
[9] 谷淡平, 凌同华, . 悬臂式型钢水泥土搅拌墙的水泥土 承载比和墙顶位移分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1957-1965.
[10] 陈 峥, 何 平, 颜杜民, 高红杰, . 考虑土拱效应的管棚合理间距计算方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1993-2000.
[11] 刘念武, 陈奕天, 龚晓南, 俞济涛, . 软土深开挖致地铁车站基坑及 邻近建筑变形特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1515-1525.
[12] 钟国强, 王 浩, 孔 利, 王成汤, . 基于T-S模糊故障树的地连墙+支撑支护 基坑坍塌可能性评价[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1569-1576.
[13] 赵兰浩, 芮开天, 刘勋楠. 非均匀颗粒快速线性接触检测算法[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1187-1196.
[14] 顾晓强, 杨朔成, . 基于离散元数值方法的砂土小应变弹性特性探讨[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 785-791.
[15] 李静, 孔祥超, 宋明水, 汪勇, 王昊, 刘旭亮, . 储层岩石微观孔隙结构对岩石力学特性 及裂缝扩展影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4149-4156.
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[1] 楚锡华,徐远杰. 基于形状改变比能对M-C准则与 D-P系列准则匹配关系的研究[J]. , 2009, 30(10): 2985 -2990 .
[2] 刘豆豆,陈卫忠,杨建平,谭贤君,周喜德. 脆性岩石卸围压强度特性试验研究[J]. , 2009, 30(9): 2588 -2594 .
[3] 张先伟,王常明,李军霞,马栋和,陈多才. 蠕变条件下软土微观孔隙变化特性[J]. , 2010, 31(4): 1061 -1067 .
[4] 卢应发,陈朱蕾,谢文良,吕志中. 垃圾卫生填埋中的一些岩土工程技术[J]. , 2009, 30(1): 91 -98 .
[5] 贾 强,应惠清,张 鑫. 锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用[J]. , 2009, 30(7): 2053 -2057 .
[6] 路军富,王明年,贾媛媛,喻 渝,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机研究[J]. , 2011, 32(3): 843 -848 .
[7] 李 杰 ,李文培 ,施存程 ,王德荣 ,范鹏贤 . 基于剪切滑移的圆形洞室应力状态研究[J]. , 2012, 33(11): 3271 -3277 .
[8] 胡万雨 ,陈向浩 ,林 江 ,况磊强 . 瀑布沟水电站砾石土心墙初次蓄水期原位钻孔渗流试验研究[J]. , 2013, 34(5): 1259 -1263 .
[9] 朱 星 ,许 强 ,汤明高 ,付小敏 ,周建斌 . 典型岩石破裂产生次声波试验研究[J]. , 2013, 34(5): 1306 -1312 .
[10] 黄 诚,杨春和,吕 涛. 岩土力学数值模拟结果的概率评估方法研究[J]. , 2008, 29(3): 727 -733 .