地下连续墙成槽整体稳定性的工程评价方法

黄茂松; 王鸿宇; 谭廷震; 李耀良

doi:10.11779/CJGE202105002

地下连续墙成槽整体稳定性的工程评价方法 English Version

黄茂松^{1, 2,},
王鸿宇^{1, 2},
谭廷震^{1, 2},
李耀良³

1.
同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海　200092
2.
同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海　200092
3.
上海市基础工程集团有限公司,上海　200002

基金项目:

国家自然科学基金重点项目 51738010

国家重点研发计划课题 2016YFC0800202

详细信息

作者简介:
黄茂松(1965—),男,浙江玉环人,博士,教授,博士生导师,从事岩土工程方面的科研和教学工作。E-mail: mshuang@tongji.edu.cn

中图分类号: TU43
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2020-07-01
- 网络出版日期: 2022-12-04
- 刊出日期: 2021-04-30

Engineering evaluation method for overall stability of slurry trenches

1.
Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2.
Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China
3.
Shanghai Foundation Engineering Group Co., Ltd., Shanghai 200002, China

摘要

摘要: 当前分层地基中地下连续墙成槽整体稳定性验算多采用水平条分法。当槽段宽度与成槽深度比相对较小时,三维水平条分法所给出的计算结果可能偏于不安全。此外,验算时一般采用有效抗剪强度指标并按水土分算原则验算成槽稳定性。然而在当前我国大量的工程实践中,地质勘察报告往往仅提供直剪固结快剪强度指标,如何结合工程实践现状验算槽壁稳定性值得进一步的研究。首先介绍了水平条分法的理论框架,并详细讨论了水平条分法与楔形体滑体模式的内在联系。随后结合某一现场试验展开案例分析,指出了饱和黏土中三维楔形体模式存在的不足,并提出一种基于三维等效楔形体的改进方法。最后结合10个工程案例的验算结果,分析了二维与三维水平条分法在计算结果上的差异,以及强度指标选取和水土压力计算原则对分析结果的影响,为今后的工程实践提供参考。
- 地下连续墙 /
- 成槽稳定性 /
- 水平条分法 /
- 强度指标 /
- 安全系数
Abstract: The horizontal slice method is commonly used for examining the trench stability in layered soils. Unsafe results may be given by the 3D horizontal slice method when the ratio of trench length to depth is relatively small. In addition, the effective soil strength parameters are recommended for trench stability analysis. However, the soil strength parameters in engineering reports are often obtained from the direct shear tests. Further investigation is needed to incorporate the trench stability analysis with the current practice. In this study, the theoretical framework of the horizontal slice method is introduced, and its connection with the sliding wedge method is discussed. The deficiency of the 3D sliding wedge method in undrained clay is shown by a field test, and the improvement by an equivalent 3D wedge method is proposed. A discussion on influences of the differences between 2D and 3D methods, selection of soil strength parameters and water pressure calculation on the calculated results is carried out through 10 collected case studies.
- slurry wall /
- trench stability /
- horizontal slice method /
- strength parameter /
- safety factor

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图 1 二维水平条分法示意图

Figure 1. Schematic graph for 2D horizontal slice method

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图 2 二维均质地基整体稳定性验算图示

Figure 2. 2D overall stability analysis in homogeneous soils

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图 3 三维水平条分法示意图

Figure 3. Schematic graph for 3D horizontal slice method

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图 4 三维均质地基整体稳定性验算图示

Figure 4. 3D overall stability analysis in homogeneous soils

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图 5 二维与三维验算方法差异

Figure 5. Differences between 2D and 3D methods

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表 1 Vaterland现场试验对比

Table 1 Comparison for Vaterland site test

验算方法	$F_{s}$ （油）	$F_{s}$ （泥浆）
二维楔形体模式	0.40	0.53
土压力模式	0.57	0.73
地基承载力模式	0.85	1.48
三维楔形体模式	1.38	1.84
三维等效楔形体模式	0.95	1.26
三维极限分析有限元（上限/下限）	0.99/0.87	1.32/0.92

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表 2 工程实例1土层参数

Table 2 Soil parameters for project 1

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)
①素填土	0~1.55	18.0	10	8
①素填土	1.55~3.85	18.0	10	8
②-1淤泥质土	3.85~6.40	16.3	8	5
②-2细砂	6.40~10.70	17.5	1	25
②-3粉质黏土	10.70~11.95	18.0	22	15
③-1粉质黏土	11.95~15.20	18.5	25	18
③-2粉质黏土	15.20~18.10	19.0	32	25

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表 3 工程实例2土层参数

Table 3 Soil parameters for project 2

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)
①-1杂填土	0~1.80	17.5	10	8
①-1杂填土	1.80~2.66	17.5	10	8
②-1淤泥质粉质黏土	2.66~4.48	16.5	8	6
②-2淤泥质土	4.48~6.47	16.5	6	5
②-3粉质黏土	6.47~10.53	18.5	24	16
②-4粉土	10.53~12.43	19.5	25	18
③-1粉质黏土	12.43~14.90	19.5	28	19
④-1全风化泥质粉砂岩	14.90~18.60	20.0	24	25
④-2强风化泥质粉砂岩	18.60~21.80	21.0	60	30

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表 4 工程实例3土层参数

Table 4 Soil parameters for project 3

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)
①-1杂填土	0~3.17	18.1	10	10
①-1杂填土	3.17~4.99	18.1	10	10
①-3素填土	4.99~10.73	18.1	13	10
①-4耕植土	10.73~11.73	18.1	10	10
②-1粉质黏土	11.73~15.71	19.1	25	15
②-2淤泥质黏土	15.71~18.35	16.8	6	4
②-3黏土	18.35~19.00	19.2	28	16

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表 5 工程实例4土层参数

Table 5 Soil parameters for project 4

土层	K₀	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)
①-2素填土	0.45	0~2.25	18.4	11.1	13.6
②-2淤泥质粉质黏土	0.60	2.25~3.17	17.7	8.4	11.8
②-2淤泥质粉质黏土	0.65	3.17~8.50	17.7	8.4	11.8
②-3A粉土夹粉质黏土	0.55	8.50~11.05	18.0	9.8	18.9
②-3粉质黏土夹粉土	0.58	11.05~18.15	17.8	10.4	16.4
②-4A粉土夹粉砂	0.47	18.15~22.15	18.5	8.5	23.3
②-4粉质黏土夹粉土	0.50	22.15~27.40	18.0	10.5	16.2
②-5粉砂夹粉土	0.45	27.40~35.00	18.3	1.8	22.3
②-6粉细砂	0.42	35.00~62.30	18.5	1.5	33.0

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表 6 工程实例5土层参数

Table 6 Soil parameters for project 5

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)
①填土	0~0.77	18.0	5	10
①填土	0.77~2.30	18.0	5	10
②-1黏土	2.30~4.30	18.0	22	13
③黏土	4.30~5.60	17.5	16	11
⑥1-1黏土	5.60~8.98	19.3	48	17
⑥1-2粉质黏土	8.98~17.98	18.6	30	17
⑥-2粉质黏土	17.98~25.00	18.6	24	16

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表 7 工程实例6土层参数

Table 7 Soil parameters for project 6

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)	$c^{'}$ /kPa	$φ^{'}$ /(°)	K₀
①素填土	0~1.00	18.5	22	19.5	7	27.4	0.45
①素填土	1.00~1.56	18.5	22	19.5	7	27.4	0.45
②-3黏质粉土	1.56~6.33	18.3	6	30.0	(0)	(25.2)	0.37
③淤泥质粉质黏土	6.33~11.59	17.4	11	18.5	0	30.1	0.45
④淤泥质黏土	11.59~18.44	16.5	9	11.5	3	21.2	0.57
⑤-1黏土	18.44~21.76	17.3	14	13.5	6	21.9	0.52
⑤-2砂质粉土	21.76~25.60	18.3	5	33.5	(0)	(26.9)	0.36
⑤3-1粉质黏土	25.60~32.90	18.0	14	19.5	4	29.8	0.47
注：土层②-3及⑤-2有效抗剪强度指标按式（25）计算得到。

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表 8 工程实例7土层参数

Table 8 Soil parameters for project 7

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)
①-1素填土	0~2.1	19.5	12	8
①-1素填土	2.1~2.6	19.5	12	8
②-1砂质黏土	2.6~4.8	19.5	20	13
②-2细砂	4.8~6.5	19.7	0	20
②-3中粗砂	6.5~8.8	19.5	0	25
②-4黏土	8.8~10.4	18.7	20	8
②-5淤泥质土	10.4~11.3	16.8	10	4
②-6砾砂	11.3~12.6	20.8	0	30
③残积砾质黏性土	12.6~16.0	18.1	20	18
④-1全风化花岗岩	16.0~18.3	18.6	22	22
④-2-1强风化花岗岩上段	18.3~20.5	18.9	25	25

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表 9 工程实例8土层参数（深隧项目）

Table 9 Soil parameters for project 8

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)	$c^{'}$ /kPa	$φ^{'}$ /(°)	$c_{cu}$ /kPa	$φ_{cu}$ /(°)	K₀
②-1粉质黏土	0~1.75	18.1	23	17.5	6	26.5	22	21.3	(0.50)
②-3黏质粉土	1.75~2.28	18.2	7	30.5	(0)	(31.5)	—	—	0.40
②-3黏质粉土	2.28~14.07	18.2	7	30.5	(0)	(31.5)	—	—	0.40
③淤泥质粉质黏土	14.07~19.70	17.1	12	14.0	2	29.6	10	18.0	0.50
④淤泥质黏土	19.70~26.53	16.6	14	12.0	3	27.9	13	16.6	0.53
⑤-1黏土	26.53~33.60	17.2	17	16.0	4	30.5	18	19.6	0.51
⑤-3粉质黏土夹粉砂	33.60~46.91	17.5	19	19.0	5	31.6	20	21.4	0.47
⑤-4粉质黏土	46.91~49.57	19.1	47	16.0	16	32.4	48	24.3	0.47
⑦粉砂夹粉质黏土	49.57~55.06	19.0	7	31.5	(0)	(34.5)	—	—	0.37
⑧-1粉质黏土	55.06~61.74	17.6	22	17.5	8	32.4	24	23.9	0.48
⑧-2粉质黏土粉砂互层	61.74~77.97	18.3	30	20.5	8	33.1	24	26.4	0.47
⑨-1粉砂夹粉质黏土	77.97~81.28	19.6	0	36.0	(0)	(25.2)	—	—	0.35
⑨夹粉质黏土夹粉砂	81.28~83.32	19.1	19	24.5	(0)	(30.5)	—	—	(0.45)
⑨-2-1粉细砂夹中粗砂	83.32~91.85	20.4	0	36.0	(0)	(25.2)	—	—	0.33
⑨-2-2中粗砂	91.85~103.39	20.4	0	36.0	(0)	(25.2)	—	—	0.34
⑩黏土	103.39~105.00	20.0	92	20.5	19	31.6	92	19.0	0.51
注：土层②-3、⑦、⑨、⑨-1、⑨-2-1、⑨-2-2有效抗剪强度指标按式（25）计算得到。

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表 10 工程实例9土层参数

Table 10 Soil parameters for project 9

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)
②粉质黏土	0~1.52	18.3	14	14.0
③淤泥质粉质黏土	1.52~3.00	17.5	8	17.5
③淤泥质粉质黏土	3.00~5.46	17.5	8	17.5
④淤泥质黏土	5.46~13.06	16.7	9	9.5
⑤1-1黏土	13.06~18.94	17.5	12	11.0
⑤1-2粉质黏土	18.94~25.33	18.0	12	14.0
⑤3-1粉质黏土夹黏质粉土	25.33~35.20	18.1	9	16.5
⑤3-2粉质黏土	35.20~40.43	18.1	12	18.0
⑤-4粉质黏土	40.43~43.75	19.7	38	18.0
⑦-1砂质粉土	43.75~46.83	19.1	4	29.0
⑦2-1粉砂	46.83~59.04	19.0	1	32.0
⑦-2夹粉质黏土夹砂质粉土	59.04~61.72	18.9	7	26.5
⑦2-2粉砂	61.72~68.82	18.9	1	32.0
⑨粉砂	68.82~75.00	19.0	1	31.0

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表 11 工程实例10土层参数

Table 11 Soil parameters for project 10

土层	埋深/m	重度/(kN·m^-3)	$c_{cq}$ /kPa	$φ_{cq}$ /(°)
①杂填土	0~1.40	18.0	10	15.0
②粉质黏土	1.40~1.54	18.6	24	17.0
②粉质黏土	1.54~3.00	18.6	24	17.0
③淤泥质粉质黏土	3.00~3.70	17.3	12	17.5
③夹砂质粉土夹淤泥质粉质黏土	3.70~10.40	18.4	8	26.5
④淤泥质黏土	10.40~18.00	16.7	14	11.0
⑤1-1黏土	18.00~23.10	17.1	16	12.0
⑤1-2粉质黏土	23.10~24.50	17.7	17	15.0

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表 12 验算结果汇总表

Table 12 Summary of safety factor

安全系数3D/2D	方法1 $c_{cq}, φ_{cq}$ 分算	方法2 $c_{cq}, φ_{cq}$ 合算	方法3 $c^{'}, φ^{'}$ 分算	方法4砂性土 $c^{'}, φ^{'}$ 分算黏性土 $c_{cu}, φ_{cu}$ 分算	方法5砂性土 $c^{'}, φ^{'}$ 分算黏性土 $c_{cu}, φ_{cu}$ 合算
算例1——鸿晖大厦	2.64/1.48	2.94/1.79
算例2——君豪国际商业城	2.75/1.61	3.05/1.83
算例3——广州三号线	2.27/0.87	2.77/1.25
算例4——南京世茂	2.67/0.95	3.03/1.84
算例5——东渡悦来城	2.45/1.12	2.73/1.94
算例6——西岸传媒港	2.31/0.79	3.85/1.61	1.80/0.81
算例7——城建大厦	2.19/1.02	2.88/1.49
算例8——苏州河调蓄工程	2.53/0.75	4.26/1.71	2.41/0.84	2.43/0.78	2.76/1.51
算例9——徐家汇中心	2.11/0.63	2.74/1.25
算例10——9号线	2.00/0.66	3.21/1.31

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施引文献(28)

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