基坑的穩(wěn)定分析

基坑的穩(wěn)定分析清華大學(xué)巖土工程研究所李廣信基坑的穩(wěn)定分析無支護豎直開挖；放坡開挖；重力式擋土結(jié)構(gòu)物的抗滑移穩(wěn)定；重力式擋土結(jié)構(gòu)物的抗傾覆穩(wěn)定；重力式水泥土墻的整體穩(wěn)定;樁墻式支擋結(jié)構(gòu)物的抗傾覆穩(wěn)定；坑底隆起的穩(wěn)定驗算；基坑的滲透穩(wěn)定性。1.無支護豎直開挖Hcr45

+

/2WCR

H=2q/

無超載有超載qq無支護豎直開挖拉應(yīng)力為0的情況。z0

u=0

臨界高度的幾種算法45

楔體平衡法：擋土墻上z0法：整體條分法：z0Hcr經(jīng)驗數(shù)值表不同土質(zhì)條件下的允許數(shù)值豎直開挖深度土類允許開挖深度H(m)軟土0.75密實、中密的砂土和碎石土（充填物為砂土）1.00硬塑、可塑的粉土和粉質(zhì)粘土1.25硬塑、可塑的黏土和碎石類土（充填物為黏性土）1.50堅硬的黏土2.00黃土2.50凍結(jié)土4.00注：凍結(jié)土指嚴(yán)寒地區(qū)利用天然凍結(jié)的條件，在天然凍結(jié)的影響深度和速度下能滿足挖方工程的安全時采用，不適用于干燥的砂土。

u=0坑底隆起驗算q+

Hcrqq+

HcrABr2.放坡開挖坡率法；圖解法；土坡的穩(wěn)定分析法：整體圓弧法與瑞典條分法。Wd

ycPwdW

坡率法邊坡土質(zhì)類型狀態(tài)

坡率允許值（高寬比）坡高H<5m坡高5~10m碎石土密實1:0.35~1:0.501:0.5~1:0.75中密1:0.50~1:0.751:0.75~1:1.00稍密1:0.75~1:1.001:1.00~1:1.25黏性土堅硬1:0.75~1:1.001:1.00~1:1.25硬塑1:1.00~1:1.251:1.25~1:1.50殘積黏性土硬塑1:0.75~1:0.851:0.85~1:1.00可塑1:0.85~1:1.001:1.00~1:1.15全風(fēng)化黏性土堅硬1:0.50.~1:0.751:0.75.~1:0.85硬塑1:0.75.~1:0.851:0.85.~1:1.00圖解法穩(wěn)定數(shù)

當(dāng)強度指標(biāo)與重度已知：已知坡角

確定極限坡高；已知坡高確定極限坡角

。瑞典條分法

ih3ih2ih1i浸潤線h3部分用浮重度計算，h2i用飽和重度替代法：不計水壓力《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》采用固結(jié)不排水強度指標(biāo)：wi用天然重度(A.0.1)3.重力式擋土結(jié)構(gòu)物的抗滑移穩(wěn)定

Ew——作用于水泥土墻上的主動、被動側(cè)水壓力差,Ksi

——抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)，可取1.2;

um——水泥土墻底面的平均孔隙水壓力(kPa);

EwumGEpEa討論按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計理論和采用安全系數(shù)法設(shè)計，其荷載效應(yīng)應(yīng)采用基本組合，但分項系數(shù)為1.0。不應(yīng)出現(xiàn)重要性系數(shù)

0，可以對不同級別基坑采用不同安全系數(shù)（對1,3級支護結(jié)構(gòu)可分別增減0.1）；在穩(wěn)定分析中，墻前后的水壓力如果相等，在荷載和抗力中都不計水壓力，如果不等，以其差計入荷載（或抗力）中。不應(yīng)將主動側(cè)水壓力當(dāng)荷載；被動側(cè)當(dāng)抗力。由于水泥土多為攪拌或旋噴施工，與地基土間結(jié)合緊密，用水泥土墻底面以下土層的黏聚力c和內(nèi)摩擦角

計算較為合理。用抗力分項系數(shù)來代替安全系數(shù)，而將荷載（作用）分項系數(shù)取為1.0，這混淆了不同設(shè)計理論間的區(qū)別，分項系數(shù)法是基于可靠度理論的非定值設(shè)計方法，其中將荷載與抗力分別當(dāng)成兩個隨機變量，不能將荷載隨機變量的不確定因素放在抗力中?？沽εc荷載:

水壓力的處理抗滑移穩(wěn)定荷載

（Ew1-Ew2)抗力（W-Ew3)tan

抗傾覆荷載

（Ew1-Ew2)hw抗力

（WB/2-Ew2t)Ew1Ew2Ew34.水泥土墻的抗傾覆穩(wěn)定G-UEaEpBU

EwzazpxGzwOKov—抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，可取1.1-1.2;對于水土合算，應(yīng)提高到1.4。是確定水泥土墻寬度的依據(jù)。關(guān)于水壓力不同處理的例題墻高h=10m，埋深hd=4m，墻寬B=5m，水泥土重度為

cs=20kN/m3,所在土層c=0,

=30

,

=18kN/m3，地下水位與坑底齊平。按照不同方法處理水壓力計算其抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)KUEwaEwp方法計算方法計算公式計算安全系數(shù)①水土合算，不計水壓力1.49②水泥土用浮重度計算，兩側(cè)水、土壓力分算(不計側(cè)向水壓力)1.20③不計側(cè)向水壓力，從自重中扣除揚壓力U1.20④主動側(cè)水壓力為荷載，被動側(cè)水壓力為抗力，墻自重中扣除揚壓力U1.19⑤主動側(cè)水壓力為荷載，被動側(cè)水壓力為抗力，揚壓力為荷載1.165.重力式水泥土墻的整體穩(wěn)定

Gi—第i土條的自重，按天然重度計算。整體穩(wěn)定分析主要決定埋置深度；Ks－圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.3;

ih1ih2ih3i替代法：ih1ih2ih3i整體穩(wěn)定的總結(jié)基本上推薦使用瑞典條分法，也有同時建議簡化畢肖甫法的[15]。應(yīng)當(dāng)注意到瑞典條分法計算的安全系數(shù)偏小10%左右；在有軟弱下臥層時也應(yīng)考慮復(fù)合滑動面的情況。這種計算還需要搜索最小安全系數(shù)對應(yīng)的滑動面。它一般在墻底以下0.5m-1.0m。應(yīng)采用安全系數(shù)，分項系數(shù)有許多不明確的地方。

u=0

時，可用整體圓弧法分析，強度指標(biāo)cu時可以通過現(xiàn)場測試（如十字板剪切試驗）測得；也可采用“在有效自重壓力下預(yù)固結(jié)的”不排水強度，采用

u=0

的整體圓弧法，由于強度指標(biāo)cu會隨深度增加，在一定程度上可反映開挖（被動）側(cè)土的超固結(jié)性，比用固結(jié)不排水指標(biāo)可能更合理，對于欠固結(jié)土也更合理。采用不排水強度cu，

u=0

的分析時，由于抗滑力矩與土的自重?zé)o關(guān)，整體圓弧法計算中（滑動力矩）的自重部分可采用飽和重度，亦即水土合算。而采用固結(jié)不排水強度指標(biāo)時，有滲流情況下最好繪制流網(wǎng)，進行穩(wěn)定分析；近似的計算是采用“替代法”，亦即滲流部分土體抗滑力矩計算采用浮重度計算，滑動力矩采用飽和重度計算。6.樁墻式支擋結(jié)構(gòu)物的抗傾覆穩(wěn)定－

懸臂式

OhdzaEaEwEpKov—抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，一般可取1.2。決定插入深度hd有支撐的情況q

EwEazaEpzpzwOzTiTiKov—抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，一般可取1.2。決定插入深度hd繞最下一道支撐轉(zhuǎn)動的抗傾覆穩(wěn)定

q

EwEazaEpzpzwO對O點取力矩，決定插入深度hdKov一般可取1.2。（上海規(guī)范）有錨桿的板式的支擋結(jié)構(gòu)物的整體穩(wěn)定分析

（土釘墻）iq

i

k

kRk對抗滑力的折減水平單位長度Ks－圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.3有內(nèi)支撐的樁墻結(jié)構(gòu)iq

i如果滑動面的終點在基坑內(nèi)，則各支撐產(chǎn)生的力矩為抗滑力矩。O7.坑底隆起的穩(wěn)定驗算－無插入情況

d

Hqb

硬土層(a)d

>b/

2(b)d

b/

2b硬土層d

太沙基承載力理論坑底隆起的穩(wěn)定驗算－有插入情況Htqq+

(H+t)

t不固結(jié)不排水指標(biāo)固結(jié)不排水指標(biāo)

太沙基布朗德爾－瑞斯納

布朗德爾－瑞斯納

Kh取1.60.2滲流的影響有滲流的，而流線大體上又與土體隆起的運動方向一致，增加了荷載，減少了抗力。如果內(nèi)外地下水與坑底面和地面齊平，假設(shè)水力梯度按墻壁滲徑平均計算可以表示為：Ht水泥土墻驗算坑底隆起的總結(jié)Htq有利方面不利方面忽略墻外（H+t）兩側(cè)阻力對荷載的減少采用固結(jié)不排水強度指標(biāo)，未考慮欠固結(jié)土情況未計基礎(chǔ)寬度對承載力的增加室內(nèi)試驗強度指標(biāo)的不確定性忽略了墻內(nèi)t側(cè)對承載力的增加沒有考慮滲流滲透力影響沒考慮坑內(nèi)土由于開挖的超固結(jié)強度及內(nèi)外土體的應(yīng)力路徑用固結(jié)不排水強度和飽和重度水土合算未計坑底加固與降水的作用超載q部分，很難使地基土“固結(jié)”未計坑底以下可能的硬土層影響未計基坑的三維效應(yīng)圓弧弧度法驗算坑底隆起(a)(b)(c)OOOHtqMpq0

Gi(a)產(chǎn)生滑動力矩的是H段土體自重和超載q，抗滑力矩包括圓弧段的阻力和樁墻自身的抗彎力矩Mp(天津市規(guī)程);(b)以最下面一道支撐與墻的交點為圓心的圓弧滑動(上海地方標(biāo)準(zhǔn));(c)有內(nèi)支撐的整體圓弧穩(wěn)定。(b)最下面一道支撐與墻的交點為圓心

8.基坑的滲透穩(wěn)定性管涌與流土：

流土：砂土－砂沸，黏土－突涌

（1）流土?xí)r滲流的方向是向上的；（2）流土一般發(fā)生在地表；（3）只要i=icr，不管黏性土還是粗粒土都可能發(fā)生流土；與土層薄厚、滲透系數(shù)大小、密度如何等無關(guān)；（4）治理－反濾與壓重。管涌與流土管涌（1）它是沿著滲流方向發(fā)生的（不一定向上）（2）就一層土來講，黏性土不會發(fā)生管涌現(xiàn)象。（4）管涌發(fā)生后有兩種后果：一種是繼細粒土被帶走后，粗粒土也被滲流帶走，最后導(dǎo)致漸進破壞；另一種是細粒土被帶走，粗粒土形成的骨架尚能支持，滲漏量加大，但不一定隨即發(fā)生破壞。管涌型土的判斷不均勻系數(shù)Cu>5.0的無黏性土;土的細顆粒含量Pc<25%;關(guān)于“細顆?！钡亩x：如為連續(xù)級配的土，粗、細顆粒的界限是：管涌臨界水力梯度無黏性土的允許水力梯度允許水力梯度滲透變形的形式流土型過渡型管涌型Cu

33

Cu

5Cu

５連續(xù)級配不連續(xù)級配i允許0.25-0.350.35-0.500.50-0.800.25-0.400.15-0.250.10-0.20流土豎向力平衡：流土－黏土與砂土黏土的突涌Ｋh=1.1砂土的流土（砂沸）Ｋp=1.75Ht

t承壓水土層不透水土層h砂土與黏土的流土黏土的突涌Ｋh=1.1砂土的流土（砂沸）Ｋp=1.75關(guān)于流砂“飽和松砂中剪應(yīng)力增大時，在不排水條件下的剪縮勢使土內(nèi)的超靜孔隙水壓力大幅度升高，土強度驟然下降，導(dǎo)致砂土無限流動的現(xiàn)象”所以它也稱為靜態(tài)液化，或者流滑。其本質(zhì)上是一種抗剪滑動穩(wěn)定問題。砂土河岸的流砂