受承壓水作用的軟土基坑突涌破壞機(jī)理及判定方法.pdf

1、近年來(lái)隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，基坑突涌問(wèn)題已逐漸成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。但是，由于缺乏合理的理論指導(dǎo)及其本身的復(fù)雜性，對(duì)于如何判定基坑抗突涌穩(wěn)定還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。本文以上海世博軸深大基坑工程為背景，主要研究軟土地區(qū)承壓水基坑的突涌破壞模式及作用機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上尋找基坑抗突涌穩(wěn)定的判定方法。主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下：
　　 (1)利用改進(jìn)的L-30型離心試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行了不同隔水層、不同坑內(nèi)樁基類(lèi)型和平面布置等對(duì)突涌穩(wěn)定影響的試驗(yàn)研究

2、。試驗(yàn)結(jié)果表明，軟土地區(qū)承壓水基坑突涌破壞模式主要有三種，即接觸面涌水涌砂破壞、整體頂升破壞和表面砂沸破壞。
　　 (2)根據(jù)離心模型試驗(yàn)結(jié)果及理論分析，揭示了承壓水基坑發(fā)生三種突涌破壞模式的力學(xué)機(jī)理，即隔水層土體與地下結(jié)構(gòu)接觸面發(fā)生水力劈裂、接觸面或附近土體發(fā)生剪切破壞以及隔水層土體發(fā)生復(fù)合的拉剪和剪切破壞。
　　 (3)基坑內(nèi)隔水層在開(kāi)挖卸荷和下部承壓水壓力作用下，表面土體會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力。通過(guò)分析認(rèn)為土體在內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)

3、力時(shí)的破壞為“拉剪破壞”，且破壞準(zhǔn)則符合摩爾一庫(kù)倫準(zhǔn)則；在此基礎(chǔ)上，提出了利用常規(guī)剪切強(qiáng)度指標(biāo)(c和ψ)及土體的單軸拉伸強(qiáng)度(σ1)來(lái)確定拉剪強(qiáng)度指標(biāo)(cL和ψL)的方法；根據(jù)上海④層淤泥質(zhì)黏土的特性，利用自行設(shè)計(jì)的擠出拉伸試驗(yàn)裝置，得到了其在特定條件下的拉剪強(qiáng)度指標(biāo)。
　　 (4)根據(jù)離心試驗(yàn)和室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果，定量分析了隔水層性質(zhì)、樁基類(lèi)型及平面布置、基坑平面尺寸對(duì)突涌穩(wěn)定的影響。結(jié)果表明：上海地區(qū)④層灰色淤泥質(zhì)黏土層較易發(fā)

4、生整體頂升破壞，而⑥層暗綠色粉質(zhì)黏土層發(fā)生表面砂沸破壞的概率較大；坑內(nèi)存在樁基時(shí)，基坑主要發(fā)生接觸面涌水涌砂破壞；在保證灌注樁施工質(zhì)量以及預(yù)制樁與周?chē)馏w充分固結(jié)情況下，樁對(duì)基坑抗突涌穩(wěn)定性具有積極的作用；基坑平面尺寸對(duì)其抗突涌穩(wěn)定具有明顯作用。提出將隔水層、樁基和圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)分析基坑的抗突涌穩(wěn)定，且將影響基坑抗突涌穩(wěn)定的因素分為系統(tǒng)強(qiáng)度和系統(tǒng)剛度。
　　 (5)在離心試驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元數(shù)值模擬，對(duì)基坑發(fā)生整體頂升

5、破壞時(shí)的破裂面形式進(jìn)行了研究，建立了破裂面形式與接觸面強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)理論推導(dǎo)得到了基坑發(fā)生整體頂升突涌破壞的定量判定方法；根據(jù)承壓水基坑突涌破壞機(jī)理及土體的拉剪強(qiáng)度指標(biāo)，推導(dǎo)了基坑發(fā)生表面砂沸突涌破壞的判定公式。
　　 (6)基坑開(kāi)挖過(guò)程是土體的卸荷過(guò)程，而土體在卸荷過(guò)程中是普遍存在殘余應(yīng)力的。在既有試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，建立了開(kāi)挖卸荷引起坑內(nèi)土體殘余應(yīng)力的簡(jiǎn)易計(jì)算公式，提出了被動(dòng)區(qū)土壓力、土體強(qiáng)度以及土與地下