考虑水位影响的基坑抗隆起破坏机理与极限上限稳定性研究

In soft ground, deep excavation may appear great retaining wall lateral deformation and basal heave destruction affected by high groundwater outside the retaining wall and high gradient of confined water, even induce serious accident like whole struts system collapse. The stability analysis of excavation basal-heave has been a very hot and difficult issue of geotechnical engineering. The centrifugal model test, laboratory model test, theoretical analysis and numerical simulation comprehensive methodology will be utilized to study the basal-heave mechanism and stability of excavation under different groundwater level. This proposal will focus on the relationship of groundwater level and basal heave stability which is based on pore water pressure work and upper bound theory analysis method. In addition, the optimum solution of basal failure plane and basal-heave stability will be further explored by means of linear programming and nonlinear programming. The basal-heave plane and stability change with excavation width, retaining wall embedded depth, soil layer distribution and groundwater level will be also discussed. This present researches will be conducive to find out the theory of excavation basal -eave stability, which include the basal heave inner mechanism, slip mode and pore water pressure effect. The study will enrich and improve the limit analysis method of slope and excavation basal stability analysis, as well as the centrifugal and laboratory model test method. Finally, this investigation will improve the academic theory of basal-heave stability study and extend it to slope and excavation engineering practices.

软土地区的深基坑工程，在较高的坑外水位与承压水压力作用下，容易产生较大的围护墙变形与坑底突涌抗隆起破坏，造成基坑整体失稳坍塌等重大工程事故。基坑抗隆起稳定性问题一直是岩土工程研究的热点问题和难点问题。本项目采用离心模型试验、物理模型试验、理论分析与数值模拟等研究手段，研究不同土层分布、不同地下水条件下基坑抗隆起滑裂破坏机制与稳定性变化规律，重点研究从孔压做功与极限上限理论能量分析方法入手建立地下水位与抗隆起稳定性的关系。进一步运用数学分析线性规划与非线性规划等手段，探讨基坑开挖宽度、围护墙插入深度、土层及地下水位等因素影响下的抗隆起破坏面与稳定性安全系数的最优化解答，并建立相应的理论研究方法。本项目研究有助于弄清抗隆起破坏的内在机理、滑裂失稳模式以及孔压作用影响等理论，丰富和完善边坡基坑开挖隆起稳定性分析的理论与试验方法，提高本研究领域的学术理论水平并向工程应用拓展。

软土地区，较高的基坑外水位容易引起围护墙产生较大变形与坑底抗隆起稳定破坏，造成基坑整体失稳坍塌的重大工程事故，能否合理地控制基坑的稳定性与变形环境效应是软土中基坑工程成功与否的关键。本项目采用离心模型试验、物理模型试验、理论分析与数值模拟等研究手段，分析不同土层分布、不同地下水条件下基坑抗隆起滑裂破坏机制与稳定性变化规律，建立了考虑地下水渗流效应、土体非均质性与各向异性以及双层土体渗透性不同等复杂条件下的抗隆起稳定性极限上限计算方法。本项目取得的主要成果总结为：（1）针对不同坑外水位的作用条件，设计了地下水位改变的基坑抗隆起离心模型试验与物理模型试验，利用高清图片采集系统动态捕捉基坑的位移状态，分析坑底隆起机制与破坏过程。根据模型试验的基本参数和工况，采用数值模拟对试验结果进行了对比验证，分析表明：随着开挖深度和坑外水位的增加，坑底软土层产生向上的隆起变形，围护墙由于侧向约束的减弱而产生较大的水平位移，并最终踢脚破坏。（2）根据天然状态下土体强度的非均质与各向异性特点，修改了库仑土体的能量耗散计算公式，将基于Prandtl滑动模式的抗隆起极限上限分析法扩展到可以考虑土体强度非均质性与各向异性等对抗隆起稳定性的影响。（3）建立了基坑土层为渗透性不同的双层土分布模型，分析了地下水绕墙底渗流时的孔隙水压力分布，由此建立了渗透性不同的双层土体基坑的抗隆起稳定性验算方法，并探讨土层渗透性差异与分层厚度、地下水位以及墙体插入坑底低/高渗透性土层的深度等复杂因素对稳定性的影响。（4）本研究中离心模型试验、物理模型试验与理论分析所得的坑底隆起破坏模式与基坑抗隆起稳定性，经过数值计算与临河深大基坑工程实测的验证，证明了分析研究的合理性，计算结果可以为复杂条件下的基坑工程实践提供技术指导。