本科深基坑工程教学课件(第四章)

深基坑工程基坑稳定性分析基坑稳定性分析基坑的破坏来源于两个方面：支护结构的破坏和土体本身强度的破坏。基坑的稳定性分析主要分析后者。基坑稳定性包括基坑整体稳定性抗倾覆（踢脚）基坑底抗隆起稳定性基坑底抗渗流稳定抗流土(管涌)抗浮托与水密切相关与支护墙体的嵌固深度紧密相关整体稳定性抗倾覆（踢脚）水平向力的平衡侧重结构的稳定性基坑底抗隆起稳定性竖向力的平衡（承载力）侧重于土体的稳定抗倾覆(踢脚)分析方法自由端点法适用于多支撑支护体系分析范围取至桩底固定端点法适用于悬臂梁分析范围取至o点自由端点法分析模型1.5(JSA1988)Assuming01.2ppsrdaaspprdaaPLMMKMPLMPLMKMPL固定端点法简化分析模型oo1.51.2pprdaapPLMKMPLdHd基坑底抗隆起稳定性验算在深厚软土层中，当基坑开挖深度较大时，若作用在坑外侧的坑底水平面上的荷载值超过了软土地基的极限承载力，则坑底软土将发生整体剪切破坏，产生从坑外向坑内的塑性流动，使挡墙出现“踢脚”（指挡墙在基坑底面以下部分产生了过大的水平位移这一现象）、坑底土隆起。相应地，坑外地面将下陷而对周围环境产生不良影响；坑内已设置好的工程桩受到软土流动的推挤，会产生严重的水平位移，甚至断裂。工程实例1：三水某基坑工程基坑深7~8m，坑底为软土。2005年3月30日坑底局部出现隆起，隆起400mm即停止，挖去后又立即隆起400mm。先采用卸载法，但引起边坡坍塌。后打长15m的钢板桩，入土12m。垫层有少量开裂。60t载重汽车200mm厚砼垫层工程实例2：澳门某基坑工程上部28层，筒体承台15m×15m，厚度2.5m，其下打设了80根直径500mm的管桩。当基坑开挖至设计标高时，坑底隆起严重，管桩普遍向坑内弯曲，桩顶水平位移最大达1.52m，并造成附近路面下沉开裂。坑底隆起验算方法一φ=0分析法（1）半圆滑动面分析法需作多个滑动面，未考虑垂直面AB上土的抗剪强度未考虑挡墙入深度的影响未考虑空间作用存在软弱下卧层坑底隆起验算方法一φ=0分析法(2)太沙基法滑动面唯一未考虑挡墙入土深度的影响未考虑空间作用适用于浅基坑（bd）下卧硬层坑底隆起验算方法一φ=0分析法(3)斯肯普顿（Skempton）法考虑了基坑形状、基坑深宽比等因素的影响。1.2ucmesSNKHq坑底隆起验算方法一φ=0分析法(4)ModifiedBjerrumandEide’smethod考虑了基坑形状、基坑深宽比等因素的影响。1,1.210.2ucsdsmesSNffKHBfL坑底隆起验算方法二考虑c、φ的分析法该方法使用较多坑底隆起验算方法三规范方法鉴于坑底隆起多发生于软土层中，下面采用φ=0分析法。图为一条形基坑，开挖深度为h，挡墙入土深度为t。根据斯肯普顿极限承载力理论，OB面的极限承载力pu为：pu=5.14cu+γt式中cu为土的不排水抗剪强度；γ为土的天然重度。坑底隆起验算方法三规范方法如忽略AB面上土的抗剪强度的有利影响，作用在OB面上的实际压力pv为：pv=γ(h+t)+q坑底土抗隆起安全系数K为：6.1)(14.5qthtcppKuvu坑底隆起验算方法三规范方法上式即为现行国家规范《建筑地基基础设计规范》推荐的基坑底抗隆起稳定性验算公式。问题：随着t的增大，安全系数K反而减小。上式实质上是忽略了挡墙入土深度的有利影响。该式适合于宽度较大、开挖深度和挡墙入土深度不大的基坑，计算结果偏于安全。6.1)(14.5qthtcppKuvu例5-1开挖一条形基坑，基坑宽度b=10m，开挖深度h=4m，地基为饱和软土，cu=20kPa，γ=17kN/m3，采用刚性挡土墙，挡墙入土深度t=2m。试对以下几种情况求坑底抗隆起安全系数K。(1)按式(5-7)计算；(2)改取t=4m。解:(1)按式(5-7)计算（规范公式）：(2)取t=4m，由式(5-7)得：6.134.1)24(172172014.5)(14.5qthtcKu26.1)44(174172014.5K基坑底抗渗流（流土）稳定性验算wwthhij2hthKw)2(当基坑底下某深度处存在承压水层时，应验算坑底土是否会被承压水冲破。当基坑内外存在水头差，而挡墙两侧又均为透水层，且坑底土为砂性土时，应验算发生流砂的可能性。要求安全系数：K=γ'/j1.5式中j为渗流力。如坑底以上土层为透水性好的粗粒土、松散填土或多裂隙土等，则流经该层的水头损失很小，可略而不计，上式可改写基坑底抗渗流（流土）稳定性验算htKw22hKtw如果基坑底部弱透水层下存在强透水层，由于强透水层的水头往往较高，这时应验算基坑抗浮托稳定性。基坑底抗渗流（浮托）稳定性验算iiwwhKh谢谢！华南理工大学土木与交通学院