深基坑工程稳定性分析[详细]

Ms
Wi sini
土条底面孔隙水应力已知时，可用 有效应力法进行计算：
K cili (Wi uili )cosi tani Wi sini
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二、有围护结构基坑稳定性分析
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圆弧滑动整体稳定性系数Ks：对于一级、二级 和三级基坑分别不小于1.35、1.30和1.25
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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：
▪稳定性破坏计算项目：
重力式支护结构
非重力式支护结构
（水泥土墙、双排桩）
（悬臂支挡、锚拉、内撑结构等）
❖ 倾覆
❖ 墙后土体整体滑动失稳
❖ 滑移
❖ 嵌固稳定性（倾覆）
❖ 土体整体滑动失稳
❖ 坑底隆起
❖ 坑底隆起
❖ 渗透
❖ 渗透
倾覆稳定性验算又称为嵌固稳定性验算
或踢脚稳定性验算
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第二节 整体滑动稳定性验算 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
第三章 基坑工程稳定性 分析
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主要内容
一、基坑工程常见失稳模式分析 二、整体滑动稳定性验算 三、嵌固深度稳定性验算 四、坑底土抗隆起稳定性验算 五、基坑渗流稳定性分析
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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 基坑工程稳定性分析的主要内容
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一、基坑工程常见失稳模式分析
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基坑底面处的被动土压力为：
Ka
tan2 (
45
2
)
tan（2 45
15 2
）
0.589
Kp
tan2( 45
2
)
tan（2 45
15 2
）
1.7
Ka 0.767 K p 1.3
主动土压力为0点距地面距离 内撑点处的主动土压力为：
z0
2c Ka
2 12 19.3 0.767
1.62m
pa支点 h1Ka 2c Ka 19.3 3 0.589 2 12 0.767 15.7kPa
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例题
【例】某一级基坑开挖深度为8m，采用排桩
加一水平支撑支护结构，内支撑位于地
3m
面下3m处，支护桩入土深度ld=7m，土
内撑
8m
层为黏性土，c=12kPa，φ=15 °，
γ=19.3kN/m3，无地面施工荷载，桩长范
7m
围内无地下水，试计算该基坑的嵌固稳
定性（踢脚稳定性）。
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计算主动、被动土压力系数
圆心位置由β1， β2 （查表得到)
确定
β1
=0
β
B
O
β2
A
对于均质土坡， 其最危险滑动面
通过坡脚
β1 β
B
>0
H 2H
需多次试算
4.5H
E
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底面法向静力平衡:
Ni Wi cosi
Ti
fi
Fs
li
cili
Nitgi
Fs
K Mr (cili Wi cosi tani )
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一、无围护结构基坑稳定性分析
➢ 砂性土土坡稳定性分析
法向分力N W cos
下滑力T W sin
抗滑力Tf N tan W cos tan
安全系数K= Tf T
W
cos tan W sin
tan tan
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安全系数K= Tf T
W
cos tan W sin
tan tan
当α=β时，安全系数最小，则
一是增加支护结构的嵌固深度和墙体厚度; 二是改变支护结构类型，如采取加内支撑的方式。
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第三节 嵌固深度稳定性验算（抗倾覆） 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
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一、悬臂支护结构的嵌固稳定性验算
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二、单层锚杆和单层支撑支挡结构嵌固稳定性验算
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根据《建筑基坑支护技术规程》（2012）：
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； 对于悬臂式结构，尚不应小于0.8h；对单点支撑式 结构，尚不应小于0.3h；对于多点支撑式结构，尚不 应小于0.2h。
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例题
【例】某二级基坑开挖深度为10m，采用悬臂式支护结构， 土层为黏性土，c=20kPa，φ=30 °，γ=18kN/m3，试计算 支护结构的嵌固深度。
定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的 分布不同，一般采用基于极限平衡原理的条分法分析。
极限平衡分析的条分法： O
滑动土体 分为若干 垂直土条
各土条对滑弧 圆心的抗滑力 矩和滑动力矩 R
βi
d c
ห้องสมุดไป่ตู้
土坡稳定 安全系数
A
i
ab
C B
H
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最危险滑动面圆心的确定（费伦纽斯近似法）
O
β2
A
R
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（3）拉锚基坑
嵌固深度不够 或超挖
失稳破坏
锚杆长度不够
整体失稳破坏
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2. 围护结构破坏 （1）围护墙（桩）破坏
剪切破坏
弯曲破坏
（2）内撑或拉锚破坏
压曲破坏
压曲破坏 压曲破坏
（3）墙（桩）后体变形过大导致支护结构破坏
剪切破坏 拉锚失效
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排桩支护基坑失稳破坏
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二、基坑工程稳定性分析的主要内容
嵌固深度不够
整体滑移破坏
挡土墙滑移破坏
超载
倾覆破坏 土层强度低
（整体滑移破坏）
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• 各类支护结构的失稳破坏模式 1. 土体破坏（强度、渗流、变形） （2）内支撑基坑
超载
（坑底土隆起） 土软
涌砂
隆起破坏 土层强度低
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（2）内支撑基坑
管涌破坏
突涌破坏 承压水
降水设计不合理或设备失效
失稳破坏
分区开挖，放坡过陡（超大基坑）
桩端处的主动土压力为：
pa桩端 h2Ka 2c Ka 19.3 （15 - 1.62） 0.589 2 12 0.767 133.7kPa
主动土压力的合力为： Eak 133.7 0.5 （15 - 1.62） 894.45kN / m 主动土压力的合力距内撑点的距离为：
aa2 15 3 ( 15 1.62 ) / 3 7.54m
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。
诱因
降雨或水的渗入 基坑周边堆载 振动
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• 各类支护结构的失稳破坏模式 1. 土体破坏（强度、渗流、变形） （1）刚性挡土墙基坑
K tan tan
工程中一般要求K≥1.25~1.30
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➢ 黏性土土坡稳定性分析 1. 瑞典圆弧滑动整体稳定分析
稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度与平均剪应力之比
Fs
f
也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩
与滑动力矩之比。
对O点力矩平衡：
Fs
f LR
Wd
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2. 土坡稳定分析条分法
对于外形复杂、 >0的粘性土土坡，土体分层情况时，要确