深基坑施工失稳破坏研究 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｐｉｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 杨阳 （上海申海建设监理有限公司，上海２０００００） ＹＡＮＧ Ｙａｎｇ （ＳｈａｎｇｈａｉＳｈｅｎｈａｉＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００００，Ｃｈｉｎａ） 【摘 要】城市深基坑变形过大易引起土层的失稳破坏，若不及时采取补救措施，不仅能导致基坑滑坡、上层建筑倾覆等工程事 故，还对周围环境造成恶劣影响。分析深基坑施工的破坏机理和破坏形式，利用Ｆｌａｃ３Ｄ数值分析方法对基坑的失稳破坏进行模 拟，总结造成深基坑稳定性变化的各种原因，得出如下研究结论：深基坑失稳范围会随着土体黏聚力的减小而随之增大；深基坑 的整体稳定性会随着内摩擦角增加而上升；抗拉强度的大小对深基坑稳定性影响极小；外荷载的增加会使稳定性系数降低，影响 基坑的安全。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｃｉｔｉｅｓｄｅｅｐｐｉｔｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃａｎｌｅａｄｔｏｅｘｃｅｓｓｉｖｅｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｉｆｎｏｔｔｉｍｅｌｙｒｅｍｅｄｉａｌｍｅａｓｕｒｅｓ，ｎｏｔｏｎｌｙｃａｎ ｌｅａｄ ｔｏ ｐｉｔ ｌｎｄｓｌａｉｄｅ，ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｖｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆＦｌａｃ３Ｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｙ ｓｕｍｍａｒｔｉｚｅｓ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｇｅｔ ｈｅ ｆｔｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：Ｗｉｈｄｅｃｒｔｅａｓｅｓｃｏｈｅｓｉｏｎｏｆｓｏｉｌ，ｐｉｔｌｏｓｓ ｓｔａｂｌｅｒａｎｇｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ；Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ ｔｈｅｐｉｔｒｉｓｅｓ；Ｔｈｅ ｓｉｚｅｏｆｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｈａｖｅｌｉＲｌｅｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｉｔ；Ｗｉｔｈｅｘｔｅｍａｌｌｏａｄｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｙｃｏｅｆｔｉｃｉｆｅｎｔｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ，ｓｏｔｈｅｅｘｔｅｍａｉｌｏａｄｓｈａｖｅｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｓｅｃｕｒｉｙｏｆｐｉｔｔ．ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ． 【关键词】基坑变形；破坏机理；影响因素；数值分析 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｐｉｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｉｎｌｆｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｓｒ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ 【中图分类号】ＴＵ４６ ；ＴＵ７４５ 【文献标志码】Ａ 【文章编号】１００７ ９４６７（２０１６）０５．０１３２ ０３ ［ＤＯＩＩ１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１６．０５．０３８ １引言 现代城市建设中，越来越多的高层、超高层建筑正在或者 Ｂｊｅｒｌ３．１ｎ［ １研究了深基坑开挖施工中的卸载效应，指出支护 形式对土压力分布的影响程度，并建立了一套计算压力重分 布的公式；Ｐｅｃｋ田以位于芝加哥的深基坑变形监测数据为基 即将修建，基坑深度也随之不断增加，基坑开挖后土体的稳定 性越来越难控制。由于开挖后出现了应力重分布，极易引起基 础，研究了地表沉降曲线和基底沉降区域对施工的影响，并总 结出利用沉降监测预测工程质量的经验函数；Ｃｈａｒｌｅｓ等【 利 用数值分析法模拟分析黏土层地区的深基坑变形情况，提出 了针对基坑变形的支护优化方案；可以看出，国内外诸多学者 对深基坑失稳破坏的失稳机理和处置措施已经有了一定的研 究，深基坑的稳定问题也越来越受工程界重视。为更好地保证 深基坑施工的安全眭、降低基坑的变形量，本文利用数值分析 坑和周围建筑物基础发生变形，一旦变形得不到有效控制，便 容易出现工程事故，情况严重时还会导致基坑塌陷和周围建 筑物倾斜甚至倒塌。 【作者简介】杨阳（１９９２～），男，江苏泰州人，助理工程师，从事工程 建设及岩土研究，（电子信箱）６５７４７９５３９＠ｑｑ．ｃｏｍ。 １３２ Ｊ＿ Ⅸ Ｉ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌ 方法对深基坑的破坏机理做出更深层次的研究，进一步分析 开挖时的变形特征，对基坑工程的失稳预测和安全评价体系 提出可靠的理论支持。 可以概括为下列几点： １）倾覆破坏：在土压力作用下，由于水泥土挡墙存在截 面、质量过小等问题，会发生整体倾覆失稳的情况。 ２）滑移破坏：一旦水泥土挡墙后的推力大于挡墙与土之 ２支护结构失稳破坏形式 开挖的深度大于或等于５ｍ或存在多层的地下室结构 （大于２层）或深度虽然未达到５ｍ，由于一些复杂原因而形成 间的抗滑力，就会出现整体滑动从而导致支护的结构遭到破 坏。 非重力式中的３种破坏形式在重力式中同样可以见到同。 的工程叫深基坑工程。基坑体系中的支护结构起到巨大作用， 对体系的强度起直接作用，而外界的不利因素会诱发它的失 稳破坏 。 ２．１非重力式稳定性破坏的形式 可以概括为下列几点： １）踢脚破坏：又可以概括为土整体性滑动失稳，它通过坡 脚或坡脚以下这个界面滑动，包括圆弧式滑动，如图１ａ所示。 破坏的主要原因有：地基土十分软弱；堆放重物过多，或者设 计开挖基坑深度较大；锚杆的锚固长度不足【５］。 ２）倾覆破坏：坑底隆起：碰到地基土质较柔软，开挖较深 或上部荷载超过承载力等不利因素时，基坑开挖后释放的应 力极易引起基坑底部隆起，如图１ｂ所示。 ３）管涌或流砂：基坑开挖较深时，相应的水位差也会较 大，再遇上地质条件较差的土层时，譬如粉土或粉细沙等无黏 性土的细颗粒，就极易造成管涌或流砂嘲，如图１ｃ所示。 ， ＼一 ／＾＼ ／＾、 ／Ａ＼ ａ桩后土体整体滑动失稳 ｂ坑底隆起 ｃ流砂或管涌 图１支护结构破坏形式 ２．２重力式稳定性破坏形式 ３基坑施工失稳破坏分析 细数基坑施工过程中产生的事故，深基坑中的失稳破坏 必定首当其冲。它造成的后果是十分严重的，轻者会使支护体 遭到破坏，重者会对经济及社会造成不可挽回的局面。本节将 借助模拟的数值，通过分析稳定性的变化以及基坑失稳与各 因素之间的关系来研究施工过程中存在的一系列问题。通过 用ＦＬＡＣ３Ｄ软件，用ｆｉｓｈ对材料强度系数进行递减，当所用材 料出现破坏时对强度进行截止。 ３．１计算模型 选取地层较为均匀的基坑开挖，开挖至１６ｍ的深度，开 挖坡度角选取３个角度：９０ｏ、６０。和４５。。地层参数分别为：重 度１８．５ｋＮ／ｍ ，弹性模量１０ＭＰａ，泊松比为０．３，内黏聚力为 ４０ｋＰａ，内摩擦角度取１４ｏ，抗拉强度取８ｋＰａ，通过Ｍ Ｃ模型采 用数据模拟计算，Ｍ．Ｃ模型见图２。 ｜｛｜｜｜ＩＩ｜ ｆ ，／ ７ ｔ ， ｆ Ｊ ｆ ， 卅‘上 Ｌ／ ｆ ｆ Ｊ Ｊ ｆ ｆ ｆ 』 Ｊ ｜｛｜ｌｆｊ｜｜Ｉ ｆ ｒ～ ７ 卜ｆ ｆ ｌ 』 』 ｆｌｆｎ干＋－ ｉ ， Ｉ ｆ／ｆ 』 ｆ ｊ 』ｆ Ｈｌｌ｛ｉ｜｜｜ ｆ 『／ 』ｆ ｆ ｊ ｆ 』 Ｊ Ｈ 十卜｝００ ｆ／ ｆ ，ｆ ｆ ｆ 』 ｆ ｆＩ｝Ｉ｜Ｉｌｆ １ ４ ｌ Ｊ Ｊ ｊ Ｊ ｝ Ｊ Ｊ ｝ Ｉ ｎ７＊； ｕ｜ ｆ ， ｆ』 ｆ ｆ 』 ｊ 。／／／｜｜｜｜ｌ ／ ／ ／Ｊ Ｊ ｆ ｆ Ｊ ｔ｝ ’ｔ｝ ｆ ｌ ｆ Ｊ ｒ 』 ｌ ｌ ｌ Ｉ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ『 ｌ ｌｌ 『 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ １ｌ １Ｉ ｌ ｌ ｌ ｌｌ Ｉｌ ｌ Ｊ 『 ｌｌ １Ｉ Ｉ ｌ Ｉ Ｉｌ ｌ１ Ｉ【 Ｊ ｌＩ ｛ｊ Ｉ ｌ ｌ Ｉ ｝ ｆ 】 Ｉ １ｌ Ｉｌ ＩＩ ＩＩ ｝ Ｉｊ 】图２ Ｍ－Ｃ计算模型 ３．２基坑失稳判断依据 基坑的坡体变化状态可以从位移变量来得知，而基坑的 稳定性则可从塑性区的发展而得到，而这两者都可以通过 ＦＬＡＣ这个介质来表示出来，见图３。塑性区从发展到扩大再 到贯通正是基坑失稳的几种表现形式。 ３．３基坑失稳破坏影响因素分析 地层强度、支护强度、外部环境的影响、开挖方是引起基 坑失稳的几个原因。本节将主要研究支护方案、降雨、荷载、地 １３３