深基坑工程——基坑稳定性分析.ppt

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1、1第三章 基坑工程稳定性分析 主主 要要 内内 容容u 一、基坑工程常见失稳模式分析一、基坑工程常见失稳模式分析u 二、整体滑动稳定性验算二、整体滑动稳定性验算u 三、嵌固深度稳定性验算三、嵌固深度稳定性验算u 四、坑底土抗隆起稳定性验算四、坑底土抗隆起稳定性验算u 五、基坑渗流稳定性分析五、基坑渗流稳定性分析23基坑工程常见失稳模式分析基坑工程常见失稳模式分析基坑工程稳定性分析的主要内容基坑工程稳定性分析的主要内容第一节第一节 基坑工程常见失稳模式分析基坑工程常见失稳模式分析一、基坑工程常见失稳模式分析p 两类失稳形式 （1）开挖坡度过陡、土钉长度不够、桩（墙）入土深度偏浅，无法给土体提供足

2、够的阻力，导致整体失稳破坏。（2）支护结构强度不够，在土压力作用下发生破坏，进一步导致土体的破坏。p 诱 因降雨或水的渗入基坑周边堆载振 动4 各类支护结构的失稳破坏模式各类支护结构的失稳破坏模式（1）刚性挡土墙基坑）刚性挡土墙基坑嵌固深度不够嵌固深度不够超超 载载土层强度低土层强度低（整体滑移破坏）（整体滑移破坏）1.土体破坏（土体破坏（强度、渗流、变形强度、渗流、变形）倾覆破坏倾覆破坏挡土墙滑移破坏挡土墙滑移破坏整体滑移破坏整体滑移破坏5 各类支护结构的失稳破坏模式各类支护结构的失稳破坏模式（2）内支撑基坑）内支撑基坑超超 载载土软土软涌涌 砂砂土层强度低土层强度低隆起破坏隆起破坏1.土体

3、破坏（土体破坏（强度、渗流、变形强度、渗流、变形）（坑底土隆起）（坑底土隆起）6承压水承压水突涌破坏突涌破坏管涌破坏管涌破坏降水设计不合理或设备失效降水设计不合理或设备失效失稳破坏失稳破坏分区开挖，放坡过陡（超大基坑）分区开挖，放坡过陡（超大基坑）（2）内支撑基坑）内支撑基坑7（3）拉锚基坑）拉锚基坑嵌固深度不够嵌固深度不够或超挖或超挖锚杆长度不够锚杆长度不够失稳破坏失稳破坏整体失稳破坏整体失稳破坏82.围护结构破坏围护结构破坏（1）围护墙（桩）破坏）围护墙（桩）破坏剪切破坏剪切破坏弯曲破坏弯曲破坏（2）内撑或拉锚破坏）内撑或拉锚破坏（3）墙（桩）后体变形过大导致支护结构破坏）墙（桩）后体变形

4、过大导致支护结构破坏压曲破坏压曲破坏剪切破坏剪切破坏压曲破坏压曲破坏压曲破坏压曲破坏拉锚失效拉锚失效9排桩支护基坑失稳破坏排桩支护基坑失稳破坏10膨胀土基坑失稳破坏膨胀土基坑失稳破坏11二、基坑工程二、基坑工程稳定性分析的主要内容定性分析的主要内容稳定性破坏定性破坏计算算项目：目：重力式支护重力式支护结构结构（水泥土墙、双排桩）（水泥土墙、双排桩）v倾覆覆v滑移滑移v土体整体滑土体整体滑动失失稳v坑底隆起坑底隆起v渗透渗透非重力式支非重力式支护结构构（悬臂支臂支挡、锚拉、内撑拉、内撑结构等）构等）v墙后土体整体滑后土体整体滑动失失稳v嵌固嵌固稳定性（定性（倾覆）覆）v坑底隆起坑底隆起v渗透渗透

5、倾覆覆稳定性定性验算又称算又称为嵌固嵌固稳定性定性验算算或踢脚或踢脚稳定性定性验算算1213无围护结构的基坑稳定性分析无围护结构的基坑稳定性分析有围护结构的基坑稳定性分析有围护结构的基坑稳定性分析第二节第二节 整体滑动稳定性验算整体滑动稳定性验算砂性土土坡稳定性分析砂性土土坡稳定性分析一、无围护结构基坑稳定性分析14当当=时，安全系数最小，则时，安全系数最小，则工程中一般要求工程中一般要求K1.251.3015黏性土土坡稳定性分析黏性土土坡稳定性分析1.瑞典圆弧滑动整体稳定分析瑞典圆弧滑动整体稳定分析稳定安全系数：滑动面上平均稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度抗剪强度与平均与平均剪应力剪应力之

6、比之比也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩与滑动力矩之比。与滑动力矩之比。对对O点力矩平衡：点力矩平衡：16对于于外形复外形复杂、00的粘性土的粘性土土坡，土体分土坡，土体分层情况情况时，要确要确定滑定滑动土体的重量及其重心位置比土体的重量及其重心位置比较困困难，而且抗剪，而且抗剪强度的度的分布不同，分布不同，一般采用基于极限平衡原理的条分法分析。一般采用基于极限平衡原理的条分法分析。2.土坡稳定分析条分法土坡稳定分析条分法极限平衡分析的条分法：极限平衡分析的条分法：滑滑动土体土体分分为若干若干垂直土条垂直土条各土条各土条对滑弧滑弧圆心的抗滑力心的抗滑力矩和滑矩和滑

7、动力矩力矩 土坡土坡稳定定安全系数安全系数 abcdiiOCRABH17对于均于均质土坡，土坡，其最危其最危险滑滑动面面通通过坡脚坡脚 最危最危险滑滑动面面圆心的确定心的确定（费伦纽斯近似法）（费伦纽斯近似法）12ROBA =0=0 00 需多次需多次试算算 OB12AHE2H4.5H圆心位置由心位置由1，2（查表得表得到到)确定确定181920底面法向静力平衡底面法向静力平衡底面法向静力平衡底面法向静力平衡:土条底面孔隙水应力已知时，可用土条底面孔隙水应力已知时，可用有效应力法进行计算：有效应力法进行计算：21二、有围护结构基坑稳定性分析22圆弧滑动整体稳定性系数圆弧滑动整体稳定性系数Ks：

8、对于一级、二级：对于一级、二级和三级基坑分别不小于和三级基坑分别不小于1.35、1.30和和1.252324当验算结果不能满足整体稳定性要求时，可以采当验算结果不能满足整体稳定性要求时，可以采取以下两种方法：取以下两种方法：p一是增加支护结构的一是增加支护结构的嵌固深度嵌固深度和和墙体厚度墙体厚度;p二是改变支护结构类型，如采取二是改变支护结构类型，如采取加内支撑加内支撑的方式。的方式。2526悬臂支护结构的嵌固稳定性验算悬臂支护结构的嵌固稳定性验算单层锚杆和单层支撑嵌固稳定性验算单层锚杆和单层支撑嵌固稳定性验算第三节第三节 嵌固深度稳定性验算（抗倾覆）嵌固深度稳定性验算（抗倾覆）一、悬臂支护

9、结构的嵌固稳定性验算2728二、单层锚杆和单层支撑支挡结构嵌固稳定性验算2930根据根据建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程（2012）：）：p 挡土结构的嵌固深度要满足：整体稳定性验算、嵌挡土结构的嵌固深度要满足：整体稳定性验算、嵌固深度验算和抗隆起验算；固深度验算和抗隆起验算；p对于悬臂式结构，尚不应小于对于悬臂式结构，尚不应小于0.8h；对单点支撑式；对单点支撑式结构，尚不应小于结构，尚不应小于0.3h；对于多点支撑式结构，尚不；对于多点支撑式结构，尚不应小于应小于0.2h。31例例 题题【例】某二某二级基坑开挖深度基坑开挖深度为10m，采用，采用悬臂式支臂式支护结构，构，土土层为黏

10、性土，黏性土，c=20kPa，=30，=18kN/m3，试计算算支支护结构的嵌固深度。构的嵌固深度。323334例例 题题【例】某一某一级基坑开挖深度基坑开挖深度为8m，采用排，采用排桩加一水平支撑支加一水平支撑支护结构，内支撑位于地构，内支撑位于地面下面下3m处，支，支护桩入土深度入土深度ld=7m，土，土层为黏性土，黏性土，c=12kPa，=15，=19.3kN/m3，无地面施工荷，无地面施工荷载，桩长范范围内无地下水，内无地下水，试计算算该基坑的嵌固基坑的嵌固稳定性（踢脚定性（踢脚稳定性）。定性）。358m7m3m内撑内撑计算主动、被动土压力系数计算主动、被动土压力系数主动土压力为主动土

11、压力为0点距地面距离点距地面距离内撑点处的主动土压力为：内撑点处的主动土压力为：主动土压力的合力为：主动土压力的合力为：36桩端处的主动土压力为：桩端处的主动土压力为：主动土压力的合力距内撑点的距离为：主动土压力的合力距内撑点的距离为：基坑底面处的被动土压力为：基坑底面处的被动土压力为：被动土压力的合力为：被动土压力的合力为：37桩端处的被动土压力为：桩端处的被动土压力为：被动土压力的合力距内撑点的距离为：被动土压力的合力距内撑点的距离为：嵌固稳定安全系数为：嵌固稳定安全系数为：38锚拉式或支撑式支挡结构抗隆起稳定性验算锚拉式或支撑式支挡结构抗隆起稳定性验算支护结构底面以下有软弱下卧层是抗隆起

12、稳定支护结构底面以下有软弱下卧层是抗隆起稳定性验算性验算第四节第四节 坑底土抗隆起稳定性验算坑底土抗隆起稳定性验算一、锚拉式或支撑式支挡结构抗隆起稳定性验算建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程-2012推荐的推荐的Prandtli的地基承的地基承载载力公式力公式3940一、锚拉式或支撑式支挡结构抗隆起稳定性验算当坑底以下为软土时，以最下层支点为转动轴心的圆弧滑动模式按当坑底以下为软土时，以最下层支点为转动轴心的圆弧滑动模式按下列公式验算抗隆起稳定性：下列公式验算抗隆起稳定性：41二、支护结构底面以下有软弱下卧层是抗隆起稳定性验算当挡土构件底面以下有软弱下卧层时，抗隆起稳定性验算的部分应包括

13、当挡土构件底面以下有软弱下卧层时，抗隆起稳定性验算的部分应包括软弱下卧层，采用软弱下卧层，采用Prandtli 地基承载力法验算，地基承载力法验算，m1,m2应应取取软软弱下卧弱下卧层层顶顶面以上土的重度，面以上土的重度，ld应应用用D替代替代。D为为坑底至下卧坑底至下卧层顶层顶面的土面的土层层厚度。厚度。悬悬臂式支臂式支挡结挡结构可不构可不进进行抗隆起行抗隆起稳稳定性定性验验算。算。42建筑地基基础规范建筑地基基础规范2002中的验算方法中的验算方法43当验算结果不能满足抗隆起稳定要求时，可以采当验算结果不能满足抗隆起稳定要求时，可以采取以下两种方法：取以下两种方法：一是增加支护结构的一是增

14、加支护结构的嵌固深度嵌固深度和和墙体厚度墙体厚度；二是改变基坑底部土体的工程性质，如采取二是改变基坑底部土体的工程性质，如采取地基地基处理处理的方法使基坑内土体的抗剪强度增大。的方法使基坑内土体的抗剪强度增大。44例例 题题【例】某某饱和黏土和黏土层中开挖条形基中开挖条形基础，拟采用采用8m长的板状支的板状支护，地下水位已降至板状底部，坑地下水位已降至板状底部，坑侧地面荷地面荷载q=10kPa，土，土层性性质c=5kPa，=15，=19kN/m3，按，按建筑基坑支建筑基坑支护技技术规程程2012，为满足基底抗隆起足基底抗隆起稳定性的要求，此基坑的最大定性的要求，此基坑的最大开挖深度不能超开挖深

15、度不能超过多少？（按一多少？（按一级基坑基坑计算）算）45设基坑的开挖深度为设基坑的开挖深度为h：46解：解：解得：解得：4748解：解：49抗突涌稳定性验算抗突涌稳定性验算抗流土稳定性验算抗流土稳定性验算抗管涌稳定性验算抗管涌稳定性验算第五节第五节 基坑渗流稳定性分析基坑渗流稳定性分析基坑底部渗流稳定性分析基坑底部渗流稳定性分析 破坏形式：p坑底土体突涌破坏：坑底以下存在承压含水层时，隔水层厚度不足将无法抵抗含水层水压力，导致坑底土体突涌。p流砂或流土破坏：砂土等透水性地层中，受基坑内外水头差作用,水力梯度超过临界梯度时,出现流砂或流土。50一、抗突涌稳定性验算坑底以下有水头高于坑底的承压含

16、水层，且未用截水帷幕隔坑底以下有水头高于坑底的承压含水层，且未用截水帷幕隔断其基坑内外的水头联系时，承压水作用下的断其基坑内外的水头联系时，承压水作用下的 坑底突涌稳定坑底突涌稳定性验算如下：性验算如下：5152二、抗流土稳定性验算悬挂式截水帷幕底端位于碎石土、砂悬挂式截水帷幕底端位于碎石土、砂土或粉土含水层时，对均质含水层，土或粉土含水层时，对均质含水层，地下水渗流的地下水渗流的 流土稳定性验算如下：流土稳定性验算如下：5354三、抗管涌稳定性验算55当验算结果不能满足土体抗渗稳定要求时，可以当验算结果不能满足土体抗渗稳定要求时，可以采取以下两种方法：采取以下两种方法：p一是做一是做截水帷幕

17、截水帷幕，截断含水层，同时将帷幕内的，截断含水层，同时将帷幕内的承压水降压；承压水降压；p二是在基坑底部进行二是在基坑底部进行地基加固地基加固，加大土体重度。，加大土体重度。56例例 题题【例】某基坑底下有承某基坑底下有承压含水含水层，已知不透水，已知不透水层的天然重度的天然重度=20kN/m3。如要求基坑底抗突涌。如要求基坑底抗突涌稳定系数定系数Kh1.1，根据，根据建筑基坑支建筑基坑支护技技术规程程2012则基坑的最大开挖深度基坑的最大开挖深度为多多少？少？57设基坑开挖深度为设基坑开挖深度为h：58解：解：解得：解得：根据根据建筑基坑支建筑基坑支护技技术规程程2012例例 题题【例】某止

18、水帷幕，上游土中最高水位某止水帷幕，上游土中最高水位为0.00m，下游地面水位，下游地面水位为-8.00m，已知土的天然重度，已知土的天然重度=18kN/m3。为满足流土足流土稳定定性要求，性要求，试求止水帷幕的合理深度（求止水帷幕的合理深度（Kf=1.5）。）。59设止水帷幕的深度为设止水帷幕的深度为h：60解：解：解得：解得：根据根据建筑基坑支建筑基坑支护技技术规程程2012例例 题题【例】某二某二级基坑采用板状作基坑采用板状作为支支护结构，地下水位平地面，坑构，地下水位平地面，坑内用集水池内用集水池进行排水，行排水，试计算板状嵌固深度算板状嵌固深度为3m时，是否，是否满足基坑底抗渗足基坑底抗渗稳定性要求。定性要求。61设止水帷幕的深度为设止水帷幕的深度为h：62解：解：根据根据建筑基坑支建筑基坑支护技技术规程程2012