Study on plastic zone features around holes in underexcavation procedures for leaning buildings rectification and its applications

在建筑物水平掏土纠倾工程中，掏土孔间距是影响纠倾工程安全与工期的重要因素。为了快速准确地确定纠倾工程中的水平掏土孔间距，研究了单个掏土孔和多个掏土孔情况下孔周边土体塑性区发展特性。利用土体塑性力学分析计算得到了单孔下的孔周土塑性区半径，而后通过有限元模拟得到孔周土体塑性区半径的数值解，将孔周塑性区半径解析解与数值解进行了对比。并通过有限元数值模型研究了多个掏土孔相互影响情况下的塑性区发展规律，以孔间土体塑性区贯通时的距离作为掏土孔间距。考虑土体参数随机特性的影响，研究不同上部荷载作用下掏土孔间距的取值变化规律，上部面荷载与地基承载力特征值比值用p表示，孔间距与掏土孔直径比值用n表示。研究发现：多孔塑性区半径（孔间塑性区贯通时）是单孔塑性区半径的1.3倍左右;标准化荷载p与孔间距比值n二者呈线性关系;通过不同土体参数及上部荷载的不同情况下的p-n曲线，给出了掏土孔间距建议值。同时，将研究结果与三个实际工程进行对比，发现p-n曲线法与实际结果更为接近。     

建筑物掏土纠倾法单孔与多孔塑性区特性研究及工程应用

在建筑物水平掏土纠倾工程中，掏土孔间距是影响纠倾工程安全与工期的重要因素。为了快速准确地确定纠倾工程中的水平掏土孔间距，研究了单个掏土孔和多个掏土孔情况下孔周边土体塑性区发展特性。利用土体塑性力学分析计算得到了单孔下的孔周土塑性区半径，而后通过有限元模拟得到孔周土体塑性区半径的数值解，将孔周塑性区半径解析解与数值解进行了对比。并通过有限元数值模型研究了多个掏土孔相互影响情况下的塑性区发展规律，以孔间土体塑性区贯通时的距离作为掏土孔间距。考虑土体参数随机特性的影响，研究不同上部荷载作用下掏土孔间距的取值变化规律，上部面荷载与地基承载力特征值比值用p表示，孔间距与掏土孔直径比值用n表示。研究发现：多孔塑性区半径（孔间塑性区贯通时）是单孔塑性区半径的1.3倍左右;标准化荷载p与孔间距比值n二者呈线性关系;通过不同土体参数及上部荷载的不同情况下的p-n曲线，给出了掏土孔间距建议值。同时，将研究结果与三个实际工程进行对比，发现p-n曲线法与实际结果更为接近。     

建筑物水平掏土纠倾法孔周土体受力状态分析

研究单个和多个掏土孔在开挖时和开挖完成后的孔周土体受力状态,结果表明在土体承载力范围内,塑性区半径与掏土孔半径基本呈线性关系,两者比值为2～3;掏土孔孔深方向塑性区影响范围为建筑物前约0.25m至建筑物中间位置随掏土孔开挖深度增加,孔周压力发生移动,从掏土孔孔顶转移至孔侧位置,出现土拱效应;对粉质粘土,当掏土孔间距设置为其半径的4～6倍时,孔间土体大部分出现塑性破坏现象,可认定相邻掏土孔孔周土体塑性区贯通,即孔间土体塌陷.     

基于土极限应变的建筑物纠倾方法模拟与工程应用

水平掏土法是建筑物纠倾常用方法之一,确定临界掏土孔间距是建筑物安全平稳回倾的关键,其与土体性质、上部荷载等因素有关,目前主要依靠工程经验确定.针对建筑物掏土纠倾法,采用有限元极限分析方法,将土体极限应变作为破坏准则,并通过立方体模型数值分析得到土体极限应变值,超过极限应变定义为土体破坏.在此基础上,通过数值分析研究了工...     

建筑物掏土纠倾法孔周土压力和破坏特性试验研究

掏土孔孔周土受力与变形以及破坏模式是建筑物纠倾研究的关键问题,影响纠倾设计中掏土孔直径及掏土孔间距等参数的确定。为了研究建筑物掏土纠倾法掏土孔周土压力变化、掏土孔破坏模式以及地基的沉降情况,设计并制作了可用于模拟掏土纠倾的模型箱,对掏土孔直径为200 mm,孔间距分别为400、600、800 mm的纠倾模型进行试验,分析了由于掏土孔开挖引起的地基土沉降及倾斜率。研究结果表明:掏土孔的破坏呈现立式椭圆、卧式椭圆及近似圆形三种破坏模式;通过孔侧和孔上部压力的变化,发现孔周土压力发生转移,从孔上部土压力向孔侧边土体转移,孔顶土压力减小,孔侧土压力增加,形成土拱效应;随着孔间距增加,土体形成稳定拱脚,从而不利于纠倾工程回倾;通过试验结果,建议孔间距为2～3倍掏土孔直径。     

掏土法与锚杆静压桩联合纠倾技术在某高层住宅的工程应用

山西某高层住宅楼发生倾斜,最大倾斜率1/215,采用掏土纠倾法与锚杆静压桩止沉控沉联合纠倾加固方案对该住宅楼进行纠倾加固.为限制住宅楼继续沉降,首先在沉降较大一侧施工锚杆静压桩作为止沉桩.为预防住宅楼过度纠倾,在沉降较小、掏土纠倾一侧施工锚杆静压桩作为控沉桩.在住宅楼地下室外墙和南侧地下车库外墙之间施工掏土辐射井,对基础筏板下的褥垫层进行掏土纠倾.纠倾加固后住宅楼最大倾斜值为1/407,满足国家规范对于建筑地基变形允许值的要求.该高层住宅楼纠倾加固的成功实施表明,采用多种技术方法联合纠倾,可取得较好的效果.本工程的纠倾加固方案及施工经验对于类似工程具有参考与借鉴价值.     

用掏土纠倾法扶正房屋整体倾斜

由于地基基础设计或施工处理不当,有时造成房屋不均匀沉降整体倾斜。要做到投入较少的人力、物力、财力扶正建筑物倾斜,用“掏土纠倾”是一种行之有效的方法。本文通过对某住宅楼纠倾实例,对掏土纠倾法作简要介绍。 1、地基及工程概况 某机械厂住宅楼位于该厂生活区内,建筑物的持力层为约十年的回填杂填土(含建筑垃圾),东西两头回填土深约6100mm,中部为10900mm,地基设计承载力为100KPa。建筑物为六层砖混结构,一层为杂物层,总长为3984mm,总宽为12840mm,总高为17400mm.基础为埋深500mm的现浇钢筋砼基础,承重墙基础宽度为2600,(F)轴纵墙基础宽度为1200mm,纵墙外为悬挑通长全封闭     

水平掏土迫降纠倾法机理分析及计算方法

针对水平掏土成孔形成的土条带侧向应力解除,条带边缘会产生剪胀滑移破坏的特征,基于对其破坏模式分析的基础上,运用经典土力学观点,假定土体弹性区与塑性区交界处服从摩尔–库伦准则,认为塑性区土体产生滑移剪切破坏,弹性区土体主要承担上部荷载,服从虎克定律,提出针对水平掏土成孔土压缩变形的计算方法,并应用于建筑物纠偏实例中,对计算结果和工程应用结果比较表明,该方法能够很好计算出掏土临界应力以及掏土孔孔径、土条宽度等相关重要参数,预测附加沉降量,并与实际结果吻合较好,证明了计算方法的正确性和合理性,填补了纠偏设计不能预测沉降量的理论空白,对于建筑物纠偏设计与施工具有较强的指导意义。     

建筑物基底掏土灌水法纠倾──设计方法与工程实例

通过确定塑性区最小半径,引人了掏土灌水法工程纠倾设计方法。八层砖混住宅楼纠倾工程实践证明,在粘土类地区采用基础迫降——基底掏上成孔灌水纠倾,具有技术合理、施工简单、可控性强、回倾速度容易控制的特点。     

软土地区钻孔灌注桩成孔卸荷影响分析

针对钻孔灌桩桩在成孔过程中的成孔卸荷问题,基于统一强度理论对孔周土体的应力场和位移场进行分析。推导了孔周塑性区起始深度、塑性区半径的解析解,并通过算例分析了泥浆比重、土体强度参数和统一强度理论参数的取值对各解析解的影响。结果表明:孔内泥浆比重直接影响着孔周土体卸荷程度。泥浆比重越大,孔周塑性区起始深度越深,塑性区范围越小。当泥浆比重大至某一定值后孔周土体不再卸荷,而是慢慢由卸荷缩孔过渡至加荷扩孔。     

浅层掏土法在CFG桩复合地基高层建筑中的理论与应用研究

为了解决浅层掏土法在CFG桩复合地基中的应用问题,首先基于浅层掏土法的基本原理,应用弹塑性力学理论对掏土后CFG桩复合地基的复合模量以及沉降理论进行分析和参数确定。然后以一实际CFG桩复合地基高层建筑纠偏工程实例为背景,应用有限元数值分析软件对阻沉加固、纠倾(掏土、堆载)等阶段进行全过程模拟分析,验证提出理论的正确性和合理性。通过理论计算值与数值模拟结果的对比分析,结果表明纠偏建筑物四个角计算值与模拟值最大差值为10.1mm,误差为12.4%,最小差值为2mm,说明提出的计算方法能够解决复合地基浅层掏土纠偏设计问题。     

结构性黄土排水柱孔扩张问题弹塑性解析

为研究黄土地区原位测试、沉桩扩孔以及劈裂注浆等岩土工程问题,基于结构性黄土修正剑桥模型,在严格遵循平均有效应力与偏应力定义前提下,针对排水柱孔扩张问题导出严密解。在孔周弹性区采用小变形理论求得土体应力与位移解析解,在孔周塑性区采用大变形理论,并借助中间变量将圆孔扩张问题转化为基于拉格朗日描述的一阶常微分方程组的初值问题,结合孔周弹塑性边界条件,导出塑性区土体有效应力分量与比容的半解析半数值严格解。结果表明:得出的退化解与已有解析解完全吻合,并且考虑土体结构性的计算结果与黄土地区开展的原位试验结果也较接近,从而验证了该分析方法与计算结果的合理性;结构性对土体塑性区半径、塑性区应力与比容影响显著,考虑结构性影响能够提高土体强度,在超固结比较大时也能减小土体软化程度。该解答不仅能为静压桩的桩侧阻力、劈裂注浆压力与原位试验参数等计算提供参考,还能为该类工程的简化计算提供理论验证依据。     

砂土中柱孔扩张问题的扩孔压力与扩孔半径分析

 通过SMP屈服准则,对砂土中柱孔扩张问题进行理论分析。以柱孔扩张理论为基础,利用孔周土体塑性区的边界条件和土体体积变化规律,推导柱孔扩张问题中初始半径a0,扩孔半径a和对应的扩孔压力p三者之间的理论关系。利用上述理论公式,得到平面应变条件下柱孔扩张问题的扩孔压力的极限值pu和孔周土体的弹塑性区域应力场、位移场,进而求得塑性区半径rp与扩孔压力p和初始孔径a0的关系。分析表明,该应力场和位移场分布规律仅与柱孔的初始半径a0和扩孔压力p相关。此外,应用应力场公式,推导散体材料桩极限强度表达式。最后通过算例分析,对柱孔扩张中应力场和位移场分布、塑性区半径和扩孔压力的变化规律进行分析。     

考虑砂土颗粒破碎的柱孔扩张问题弹塑性分析

目前对砂土中圆孔扩张问题的研究均未考虑到砂土颗粒的破碎以及剪胀特性,且为了方便后续求解,很多学者对剪应力,剪切模量等计算参数做了简化,使得最终的求解结果无法准确反映实际情况。针对上述问题,采用考虑颗粒破碎和剪胀特性的砂土临界本构模型,在塑性区联合相关流动法则和拉格朗日分析法,将传统的欧拉描述下的柱孔扩张问题转换为基于拉格朗日描述的带初值的一阶非线性常微分方程组,最终通过数值方法得到砂土中柱孔扩张问题的半解析精确解,并通过算例分析了土体初始应力对扩孔结果的影响。结果表明,颗粒破碎和初始应力对孔周应力和塑性区半径影响巨大,两者共同作用使得土体在扩孔期间表现出不同的剪胀/剪缩特性;此外,高初始应力下的孔周土体在扩孔期间难以到达临界状态。     

考虑砂土颗粒破碎的柱孔扩张问题弹塑性分析

目前对砂土中圆孔扩张问题的研究均未考虑到砂土颗粒的破碎以及剪胀特性,且为了方便后续求解,很多学者对剪应力,剪切模量等计算参数做了简化,使得最终的求解结果无法准确反映实际情况。针对上述问题,采用考虑颗粒破碎和剪胀特性的砂土临界本构模型,在塑性区联合相关流动法则和拉格朗日分析法,将传统的欧拉描述下的柱孔扩张问题转换为基于拉格朗日描述的带初值的一阶非线性常微分方程组,最终通过数值方法得到砂土中柱孔扩张问题的半解析精确解,并通过算例分析了土体初始应力对扩孔结果的影响。结果表明,颗粒破碎和初始应力对孔周应力和塑性区半径影响巨大,两者共同作用使得土体在扩孔期间表现出不同的剪胀/剪缩特性;此外,高初始应力下的孔周土体在扩孔期间难以到达临界状态。     

邻近基坑施工对某住宅楼影响数值分析研究

结合某住宅楼纠倾工程实例,采用有限元软件对深厚软土地基上基坑降水、开挖施工对邻近建筑物的影响进行了三维数值模拟分析。从模拟结果中提取建筑基底土体变形及结构应力和应变结果进行分析,结果表明:邻近基坑降水引起地基土体有效应力的增加以及基坑开挖造成土体的塑性流动是该楼倾斜的主要原因。     

某高层建筑物综合纠偏加固方法的应用

本文对湿陷性黄土地区某高层建筑住宅楼的纠倾原因进行分析,提出了多竖井开挖分批水平掏土迫降+锚索加压调控+钢管桩与石灰桩加固的综合纠倾加固措施。通过科学合理的施工次序及现场监测,实践证明,该方法在湿陷性黄土地区治理建筑物不均匀沉降病害效果显著,保证了建筑物的长期稳定要求。对其他类似建筑物不均匀沉降的设计和施工具有指导性意义。     

取土引孔尺寸对预制桩桩侧摩阻力的影响分析

基于沉桩过程为圆孔扩张过程的假设,采用love位移函数对弹性区应力场进行求解,塑性区的土体假定为Mohr-Coulomb材料,并求解塑性区的应力场以及桩侧摩阻力,使用Matlab软件进行理论计算,讨论了不同引孔深度、引孔半径、内摩擦角及塑性区体积应变对桩侧摩阻力的影响,结果表明:随着引孔半径和深度、土的内摩擦角的增大,土体塑性区体积应变的减小,桩侧摩阻力逐渐减小。     

软土地区某多层房屋纠倾加固技术

综合上部结构、桩基础、地基土体3方面对云南某住宅楼的倾斜原因进行分析。根据下部土体及建筑结构形式,对建筑物采用锚杆静压桩止倾加固,采用截桩迫降的处理方法对该建筑物进行纠倾施工。工程实践表明,本工程截桩迫降法纠倾速度快、沉降稳定易控制且能保证整幢房屋均匀地回倾;在截桩结束封桩后,沉降能迅速稳定,工后沉降较小。     

剪胀性砂土中球孔扩张弹塑性解

目前砂土中球孔弹塑性扩张解无法合理考虑砂土的峰值强度和剪胀特性,因而其解答与实际情况存在一定偏差。为得出剪胀性砂土中球孔扩张问题的合理解答,采用砂土临界状态模型考虑球孔扩张过程中砂土剪胀特性和峰值强度对球孔扩张机制的影响,基于相关联流动法则推导了球孔扩张问题的弹塑性本构张量,进而在塑性区采用大变形理论并引入辅助变量,将球孔扩张问题归结为基于拉格朗日描述的一阶偏微分方程组的初值问题。在此基础上,结合孔周弹塑性边界条件求解得出了剪胀性砂土中球孔扩张问题的严格解答。通过与基于修正剑桥模型的球孔扩张解答相对比,研究了砂土峰值强度和剪胀特性对孔周土体应力状态和位移的影响规律。结果表明,基于砂土临界状态模型的弹塑性解答不仅可以合理反映球孔扩张过程过程中剪胀性砂土的峰值强度和剪胀特性,而且可退化为非剪胀性土体中的球孔扩张解答,因而可以更加广泛地应用于静力触探、静压沉桩等岩土工程问题中。