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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2020, Vol. 54 Issue (9): 1697-1705    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2020.09.005
土木与交通工程     
黏土中地下连续墙支护结构的稳定性分析
楼恺俊1(),俞峰1,*(),夏唐代2,马健3
1. 浙江理工大学 基础结构技术研究所，浙江 杭州310018
2. 浙江大学 滨海岩土研究中心，浙江 杭州310058
3. 上海勘察设计研究院（集团）有限公司浙江分公司，浙江 杭州310020
Stability analysis of diaphragm wall retained structure in clay
Kai-jun LOU1(),Feng YU1,*(),Tang-dai XIA2,Jian MA3
1. Institute of Foundation and Structure Technologies, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China
2. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
3. Shanghai Geotechnical Investigation, Design and Research Group Zhejiang Branch, Hangzhou 310020, China
 全文: PDF(1054 KB)   HTML
摘要：

以杭州地铁二号线文华路地铁站主体基坑为工程案例，应用PLAXIS 3D数值模拟软件，确定杭州典型黏土地区土体小应变硬化（HSS）模型的土体参数取值方法. 基于可靠度理论及稳定性和经济性评价体系，将抗隆起稳定、抗倾覆稳定、支护结构侧向位移控制这3种安全性模式分别作为单目标，分析单目标下的结构参数敏感性及其最优解；运用灰色关联度多目标优化算法确定地下连续墙支护结构设计参数的最优解. 结果表明，土体小应变硬化模型适用于杭州典型黏土地区：对于该地区狭长型基坑的内撑式地下连续墙支护结构，墙深是基坑抗隆起稳定性的决定因素，墙深和加固土深度对基坑抗倾覆稳定性的重要性相同，被动区加固土深度在坑底以下较差土层内还是基坑变形的主控参数. 当考虑内支撑时，首道支撑对基坑变形控制起决定性作用；由灰色关联度多目标优化算法确定的结构设计参数最优解与实际结果接近.
关键词： 土体小应变硬化（HSS）模型;  地下连续墙;  有限元分析;  灰色关联分析;  多目标优化算法    
Abstract:

By employing the case history of the main excavation at Wenhualu Station of Hangzhou Metro Line 2, PLAXIS 3D numerical simulation software was applied to determine the value method of soil parameters the soil parameter determination methods involved in hardening soil model with small strain stiffness (HSS model) derived for typical Hangzhou clay. Based on the reliability theory and the evaluation system of stability and economy, three safety modes, including the excavation stabilities against basal heave, overturning, and the lateral deformation control of the retaining structure, were taken as single objectives, respectively. The sensitivity of structural parameters and the optimal solutions under the single objectives were analyzed. The optimal solution of design parameters of diaphragm wall supporting structure was determined by multi-objective optimization algorithm of grey incidence analysis. Results show that HSS model is suitable for the typical clay areas in Hangzhou. As for the internal bracing underground diaphragm wall supporting structure for narrow and long excavation in this area, the wall length is the decisive factor of anti-uplift excavation stability; and the lengths of the wall and the improved soil are equally important to the anti-overturning excavation stability. The passive strengthening zone depth under the bottom soil layer is the main control parameters for excavation deformation. Considering the internal bracing system, the first support is crucial to control the deformation. The optimal solutions of structural design parameters determined by the multi-objective optimization algorithm of grey incidence analysis are close to the actual results.
Key words: hardening soil model with small strain stiffness (HSS model)    diaphragm wall    finite element analysis    grey incidence analysis    multi-objective optimization algorithm
收稿日期: 2020-09-19 出版日期: 2020-09-22
CLC:  TU 473  
基金资助: 浙江省自然科学基金重点资助项目(LZ17E080002)；浙江省教育厅科研资助项目(Y201942631)
通讯作者: 俞峰     E-mail: kaijunlou@qq.com;pokfulam@zstu.edu.cn
作者简介: 楼恺俊（1995—），男，硕士生，从事基坑工程研究. orcid.org/0000-0002-2965-4011. E-mail： kaijunlou@qq.com
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楼恺俊
俞峰
夏唐代
马健

引用本文:

楼恺俊,俞峰,夏唐代,马健. 黏土中地下连续墙支护结构的稳定性分析[J]. 浙江大学学报(工学版), 2020, 54(9): 1697-1705.

Kai-jun LOU,Feng YU,Tang-dai XIA,Jian MA. Stability analysis of diaphragm wall retained structure in clay. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2020, 54(9): 1697-1705.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2020.09.005    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2020/V54/I9/1697

图 1  基坑开挖数值模拟算例模型示意图
层号 岩土名称 $\gamma $/ (KN·m?3) Es/MPa c/kPa $\varphi $/(°)
1-1 杂填土 18.5 3.0 15.0 8.0
1-2 素填土 18.0 3.0 10.0 12.0
4-1 淤泥质黏土 17.4 1.4 9.5 12.0
6-3 黏土 17.1 4.0 11.0 12.5
7-2 粉质黏土 19.4 10.0 21.0 20.0
10-1 灰色黏土 18.3 7.5 25.0 13.0
12-3 砾砂 19.6 20.0 4.0 32.0
表 1  文华路站土层物理力学参数
试验
参数 		黏土 砂土
$E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ $E_{{\rm{50}}}^{{\rm{ref}}}$ $G_{\rm{0}}^{{\rm{ref}}}$ $E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ $E_{{\rm{50}}}^{{\rm{ref}}}$ $G_{\rm{0}}^{{\rm{ref}}}$
初值 $E_{\rm s} $ ${\rm{1}}{\rm{.2}}E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ ${\rm{2}}E_{{\rm{ur}}}^{{\rm{ref}}}$ $E_{\rm s} $ ${\rm{0}}{\rm{.8}}E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ ${\rm{2}}E_{{\rm{ur}}}^{{\rm{ref}}}$
终值 $E_{\rm s} $ ${\rm{1}}{\rm{.32}}E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ ${\rm{2}}{\rm{.5}}E_{{\rm{ur}}}^{{\rm{ref}}}$ $E_{\rm s} $ ${\rm{0}}{\rm{.84}}E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ ${\rm{1}}{\rm{.5}}E_{{\rm{ur}}}^{{\rm{ref}}}$
表 2  反分析参数初值与终值对比
图 2  各施工步骤中墙体水平位移实测与模拟值随深度的变化
施工步骤 lm /mm H0m/m ln /mm H0n /m $\Delta $l /% $\Delta $H0 /m
开挖第一层土 14.7 10.5 15.5 9.0 5.4 ?1.5
开挖第二层土 22.1 11.0 25.0 11.5 13.1 0.5
开挖第三层土 37.6 12.5 42.0 15.0 11.7 2.5
开挖第四层土 45.5 13.0 45.0 15.0 ?1.0 2.5
开挖第五层土 50.7 13.0 50.0 16.5 ?1.4 3.5
表 3  墙体水平位移实测与数值结果对比分析
图 3  地表沉降实测与数值结果对比
土体 $\psi /(^\circ)$ $E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}/{\rm{MPa}}$ $E_{{\rm{50}}}^{{\rm{ref}}}/{\rm{MPa}}$ $E_{{\rm{ur}}}^{{\rm{ref}}}/{\rm{MPa}}$ $G_{\rm{0}}^{{\rm{ref}}}/{\rm{MPa}}$ ${\gamma _{0.7}}/{10^{ - 4}}$ ${\nu _{{\rm{ur}}}}$ $m $ ${R_{\rm{f}}}$
砂土 φ?30 $E_{\rm{s}}^{1 ? 2}$ ${\rm{0}}{\rm{.84}}E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ $5E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ $1.5E_{{\rm{ur}}}^{{\rm{ref}}}$ 2 0.2 0.5 0.9
黏土 0 $E_{\rm{s}}^{1 ? 2}$ ${\rm{1}}{\rm{.32}}E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ ${\rm{8}}E_{{\rm{oed}}}^{{\rm{ref}}}$ $2.5E_{{\rm{ur}}}^{{\rm{ref}}}$ 1 0.2 0.8 0.9
表 4  杭州典型黏土HSS模拟的参数比例关系
图 4  基坑抗隆起开挖稳定性验算示意图
图 5  抗隆起稳定性结构参数组合图
图 6  支护结构侧移结构参数组合图
图 7  考虑经济性的支护结构侧向位移随地下连续墙厚度变化
模式 敏感性权重
H h3 d
抗隆起 0.910 0.090 –
抗倾覆 0.500 0.500 –
支护结构侧移 – 0.875 0.125
表 5  杭州典型黏土地区地下连续墙支护结构的敏感性重建议指标
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