深基坑工程——基坑稳定性分析

3.2
Kb 3.2 1.8,满足抗隆起稳定性要求
48
第五节 基坑渗流稳定性分析
抗突涌稳定性验算 抗流土稳定性验算 抗管涌稳定性验算
49
基坑底部渗流稳定性分析
破坏形式： 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。 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。
▪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
12
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
1.1
解得： h 8.3m
58
例题
【例】某止水帷幕，上游土中最高水位为0.00m，下游地面水位 为-8.00m，已知土的天然重度γ=18kN/m3。为满足流土稳定 性要求，试求止水帷幕的合理深度（Kf=1.5）。
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
土坡稳定 安全系数
A
i
ab
C B
H
17
最危险滑动面圆心的确定（费伦纽斯近似法）
O
β2
A
R
— 土的浮重度；
h — 基 坑 内 外 的 水 头 差 ；
w —水的重度。
54
三、抗管涌稳定性验算
抗管涌稳定性验算
Ks
'L wh
2 ' D whw
1.5
55
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：
一是做截水帷幕，截断含水层，同时将帷幕内的 承压水降压； 二是在基坑底部进行地基加固，加大土体重度。
被动土压力的合力距内撑点的距离为：
a p2 5 7 2.58 9.42m
嵌固稳定安全系数为：
Ke
E pk a p 2 Eakaa2
1022.2 9.42 1.43 894.45 7.54
Ke 1.25，满足嵌固稳定性要求
37
第四节 坑底土抗隆起稳定性验算
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稳定
Kb
Kb
Kb
m1 , m2 — 分 别为 基 坑外 、 基 坑内挡 土构 件 底面 以 上
土 的 天 然 重 度 ； 对 多 层土 ， 取 各 层 土 按 厚 度 加权的平均重度；
ld
40
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 下列公式验算抗隆起稳定性：
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 坑底突涌稳 定性验算如下：
D hw w
Kh
hw
51
D hw w
Kh
Kh — 突涌稳定性安全系数，K h不应小于1.1; D — 承压含水层顶面至坑底的土层厚度；
— 承压含水层顶面至坑底土层的天然重度；
第三章 基坑工程稳定性 分析
1
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
2
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
3
一、基坑工程常见失稳模式分析
45
解：
设基坑的开挖深度为h：
Nq
tan2( 45
2
)e tan
3.93
Nc ( Nq 1) / tan15 10.93
m2ld Nq cNc 19 （8 - h） 3.93 5 10.93 1.8
m1( h ld ) q0
19 8 10
解得： h 4.83m
46
47
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
4
• 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
13
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
14
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
32
33
34
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）。
35
计算主动、被动土压力系数
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。
25
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
26
一、悬臂支护结构的嵌固稳定性验算
27
28
二、单层锚杆和单层支撑支挡结构嵌固稳定性验算
29
30
根据《建筑基坑支护技术规程》（2012）：
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
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）
5
• 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
6
（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）
K tan tan
工程中一般要求K≥1.25~1.30
15
➢ 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
16
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
性验算
38
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-2012》推荐的Prandtli的地基承载力公式
m2ld Nq cNc m1( h ld ) q0
Kb
m1( h ld ) q0
ld
m 2ld
坑底土的地基极限压力pk m2ld Nq cNc
39
m2ld Nq cNc m1( h ld ) q0
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
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
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Ks：对于一级、二级 和三级基坑分别不小于1.35、1.30和1.25
23
24
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：
Kr
Kr
Kr
qj — 第j土条顶面上的竖向压力标准值（kPa）;
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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 软弱下卧层，采用Prandtli 地基承载力法验算，γm1, γm2应取软弱下卧层 顶面以上土的重度，ld应用D替代。D为坑底至下卧层顶面的土层厚度。