“坑中坑”基坑问题的影响因素分析（论文）.pdf

·155 · 随着城市土地资源日益紧缩，“坑中坑”作为一种新型基 坑应运而生。“坑中坑”开挖导致土体应力路径比传统基坑更 为复杂，而现有的基坑工程规范及行业标准 [1]未提及该类问 题，增加了该类基坑围护结构、支撑体系的设计及基坑稳定 性控制难度，在实际工程中也酿成了一些重大基坑工程事故。 目前众多学者都对“坑中坑”问题进行了深入研究，也有部 分涉及“坑中坑”的计算理论 [2]，得到了一些有价值的成果。 杨才等 [3]采用强度折减有限元法，对“坑中坑”的坑趾系数、 深度比、面积比进行了控制变量研究。丰土根等 [4]对“坑中坑” 不同开挖位置、深度及大小对悬臂式支护结构变形的规律进行 了详细的分析，并探讨了相应的变形控制措施。安博等 [5]基 于 FLAC3D 数值模拟支护条件下基坑的应力分布及位移变化， 发现基坑变形随深度变化，水平变形呈纺锤形，竖直变形逐 渐减小。侯新宇等 [6]研究了地铁换乘站“坑中坑”坑趾系数 对支护结构和土体变形的影响。陶晖 [7]根据兰州地铁车站“坑 中坑”型基坑支护工程支护型式，分析传统基坑与“坑中坑” 型基坑支护型式的差异，并运用 Plaxis 3D有限元软件，分析 基坑开挖过程中周围土体的水平、竖向位移以及深层土体水 平位移的变化情况。史海莹 [8]通过宁波的一个工程实例，在 开挖“坑中坑”时，不按照设计工况开挖发生较大变形，对“坑 中坑”进行了定性分析，用已有的弹性力学解答给出量化结论。 聂文峰 [9]首次提出了滨海浅层含水层地下水位波动和临海水 位波动两种情况下的基坑渗流简化分析模型，分析了两种条 件下基坑及周围地基的水土压力响应，并讨论了相关参数对 基坑渗流性状的影响。陈乐意 [10] 等探讨了软土地区基坑开挖 计算深度的选取以及“坑中坑”位置对围护结构水平位移的 影响。 目前对“坑中坑”问题的研究鲜有涉及地下水位波动的影 响。本文在现有研究的基础上，通过 ABAQUS有限元软件使“坑 中坑”基坑周围地基土地下水位随时间不断变化，探讨在有 地下水位波动与无地下水位波动情况下坑趾系数、面积比对 “坑中坑”基坑围护结构侧移的影响，为实际工程施工中地下 水集中区域“坑中坑”工程围护结构设计提供理论依据。 1 “坑中坑”参数定义及有限元模型 1.1 “?/?”??众? 地下水位波动“坑中坑”基坑如图 1所示，“坑中坑”参数 χ , α , β , n 定义如下 ：坑趾系数 χ = d /H ；内外坑深度比 α = h /H ；内 外坑面积比 β = b /B ；内坑围护结构插入比 n = l /h 。式中 ： d 为 内坑坑壁到外坑坑壁距离（取较短者）， H 为外坑开挖深度 ； h 为内坑开挖深度 ； b 为内坑开挖宽度， B 为外坑开挖宽度 ； l 为内坑围护结构入土深度。本次试验中，不考虑内外坑深度 比 α 与内坑围护结构插入比 n ，取 α =0.375, n =1。 地面 H h l u （ 1 ） t 地面 外坑 内坑 b B d 图1 地下水位波动“坑中坑”基坑参数剖面示意 1.2 “?/?”?M f? 本文基于有限元软件 ABAQUS，建立了二维“坑中坑” 基坑模型，采用摩尔库伦弹塑性模型，土层的物理力学性质 指标见表 1。外坑开挖深度 8 m，开挖宽度20 m，内外坑围护 结构均采用钻孔灌注桩，且其入土深度均与各自开挖深度保 持一致。灌注桩弹性模量为 20 GPa，泊松比为0.2，计算时将 灌注桩按照刚度等效原则转化为板状形式。土体和外坑围护 结构采用 CPE4单元，内坑围护结构采用 B21单元。土体与围 护结构之间设立接触，模型左右边界水平位移、底部边界水 平位移、竖向位移均为 0。外坑开挖分3步，内抗开挖一步完成。 地下水位波动根据式（1）计算 ： u （t ） =H i–hisin（ ωt ） （1） 式中 ： u （t）为变化后水头高度 /m；H i为初始水头 /m， 取地面以下 4 m；h i为水位变化幅值 /m，取2 m；ω 为变化频 率， t 为变化时间（s），连续记录 30 d内水位波动随时间的变化， 变化周期为 0.5 d。 ［摘 要］ “?/?”n???} ??]Q??/??(?， ?六h“?/?”n?天N?t?&，?c???国?(v。 ?? ABAQUS ?M(?? K?/??M f? ，天N}M? 基?N? ，“?/?” ??r}? ?剧 ?基" ，? ?剧 ?君r???? ?，]Q?六?]坤b 8 ??l。 ［关键词］?/? ；??? ；君r? ；? 基?N ［中图分类号］TU 16+3bbbbb ［文献标志码］Abbbbb［文章编号］1001–523X（2020）18–0155–04 Analysis of Influencing Factors on “Pit - in - Pit” Foundation Pit Xiong Hun，Zheng Min ［ Abstract ］The phenomenon of “pit-in-pit” foundation pits is very common in current engineering construction. In fact， the research of foundation pits in pits is not thorough enough，because its influencing factors are very complicated. The finite element model of pit-in-pit is established based on ABAQUS ，and the law of deformation of the support struct