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软土地区地铁基坑开挖引起立柱桩的力学行为研究简介：

软土地区地铁基坑开挖是一项复杂的工程项目，由于软土的特性，如高压缩性、低强度、高含水量和良好的流变性，使得在这些地区进行地铁基坑开挖时，往往会引发一系列的力学问题。其中，立柱桩（通常是用于支撑和稳定坑壁的）的力学行为研究尤为重要。

立柱桩在软土地区地铁基坑开挖中的主要力学行为包括：沉降、侧向位移、承载能力变化、稳定性分析以及与周围土体的相互作用等。开挖过程中，由于土体的剪切作用和荷载的改变，立柱桩可能会发生压缩、弯曲或屈曲，甚至可能产生滑移。此外，由于软土的特殊性质，桩的沉降速率和稳定性能可能会随时间和深度的增加而变化。

研究人员通常会采用数值模拟、试验研究和理论分析相结合的方法，来深入研究立柱桩在软土地区地铁基坑开挖过程中的力学行为。这包括建立考虑软土特性、荷载条件和支护结构的力学，通过有限元分析预测桩的应力应变分布、沉降趋势和稳定性，以便为工程设计和施工提供科学依据。

总的来说，软土地区地铁基坑开挖中立柱桩的力学行为研究是保证工程安全、稳定和经济性的重要环节。

软土地区地铁基坑开挖引起立柱桩的力学行为研究部分内容预览：

立柱桩之间差异沉降图

庄之间的最大差异沉降达到了24.5mm，参考上海市基坑工程设计规程定值，差异

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第2章基坑立柱桩隆沉实测分析

沉降或回弹不大于20mm，且不大于柱距的1/400；本工程立柱柱网尺寸一般为9mCJJ∕T 298-2019 地铁快线设计标准，差异沉 降量超出规程的22.5%，达到报警值。差异沉降过大，会使围护结构处于附加应力的状态， 极有可能产生较大的剪力和弯矩，如果设计不当，差异沉降对基坑开挖的稳定性造成不利影 响。

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第2章基坑立柱桩隆沉实测分析

底，立柱桩与地下连续墙的隆沉都会达到一个峰值，基坑底板的浇筑使立柱桩与底板的隆沉 不会再产生较大的位移，隆沉趋势稳定。

bLz2处地连墙隆沉图

dLz4处地连墙隆沉图

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第2章基坑立柱桩隆沉实测分析

1、基坑开挖引起立柱桩的隆沉，随着基坑开挖深度的增加，立柱桩隆沉的速率不同，基 坑最后一层土的开挖使立柱桩隆起的趋势得到快速发展，最后一层土的开挖是整个工程最危 险的状态； 2、立柱桩的隆沉存在归一化的规律，基坑中心立柱桩的隆沉量与基坑开挖深度平方的比 值约为0.020%，而基坑两端立柱桩大约为0.012%； 3、根据立柱桩隆沉监测数据，立柱桩的隆沉具有时空效应，由于基坑端头井处采用满堂 加固的施工工艺，而基坑中心采用抽条加固，围护结构刚度的不同引起基坑内立柱桩的隆沉 变化不同，基坑两端的立柱桩隆沉幅度小于基坑中心处的立柱桩； 4、由于不同位置的立柱桩隆沉效果不同，导致立柱桩之间会产生不同的差异沉降，通过 分析立柱桩间的差异沉降变化趋势，得出差异沉降变化最大的区域位于基坑中心与端头并的 过渡位置； 5、由于土与立柱桩及地下连续墙之间的界面摩阻力受力不同，所以基坑土体卸荷时立柱 桩与地下连续墙之间会产生较大的差异沉降。基坑开挖初期，差异沉降平稳变化，随着基坑 开挖至坑底，差异沉降量快速发展，

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第3章立柱桩隆沉机理和计算分析

章立柱桩隆沉机理和计算分

影响立柱桩隆沉的因素较多，相关规范没有给出立柱隆沉的计算方法，可供深人探讨和 研究立柱桩隆沉的案例比较少。深基坑土体的卸荷势必影响着坑内土体的位移，从而带动坑 内立柱桩的隆沉。关于立柱桩隆沉的机理研究主要停留在隆沉位移的简化计算，以及对立柱 与围护结构之间的差异沉降研究。本章从理论角度出发分析立柱桩的受力特性，给出立柱 桩隆沉量的计算值及立柱桩竖向位移的允许控制值，可以为地铁基坑施工及设计提供参考。

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第3章立柱桩隆沉机理和计算分析

a有效深度小于回弹影响深度

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第3章立柱桩隆沉机理和计算分析

楼晓明36提出立柱桩中性点（即土体位移等于桩体位移）的位置随开挖深度加深而下 立柱桩隆起的摩阻力会减小，当基坑开挖到底部时隆起位移较大，因此最终中性点

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于回弹影响深度以下，这样回弹影响深度以下的桩体会产生抗拔力。

第3章立柱桩隆沉机理和计算分析

式中：△αz为坑底深度Z处的回弹应力；H，为各层土厚度；E。为根据固结试验得到的回 弹模量，亦可采用估算法45。 2、上部竖向荷载N对立柱桩隆起有约束作用，支撑梁会限制立柱的隆沉，围护结构相比 立柱桩刚度大，围护结构变形可忽略不计，计算立柱在上部荷载作用的压缩变形，可以按照 支撑与支撑之间的竖向距离，分步计算立柱的压缩量

N,L => EA

式中：△I是立柱压缩变形量，N,开挖每一工况时立柱的轴力，L上下支撑中对中高度， E为立柱的弹性模量，A为立柱的截面积。 3、土体对桩体所产生的摩阻力，也会对立柱桩产生压缩变形。因此，还需计算在摩阻力 作用下，立柱桩的压缩量，可将立柱桩桩身压缩分为两种情况。 （1）立柱桩的有效长度小于土体回弹影响深度：

式中：△为立柱桩的压缩变形，F是摩阻力对立柱桩所产生的轴力（详见桩基工程手册 [46），E,为立柱桩的弹性模量，A,为立柱的截面积，1为立柱桩桩长。 （2）立柱桩的有效长度大于土体回弹影响深度：

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第3章立柱桩隆沉机理和计算分析

FT AS' E,A, F"I" As" E,A,

式中：△S是立柱桩影响深度以上的压缩变形，F是影响深度以上的摩阻力对立柱桩所 产生的轴力（详见桩基工程手册146），E，为立柱桩的弹性模量，A,为立柱的截面积，1'为影响 深度以上立柱桩桩长；△"是立柱桩影响深度以下的压缩变形，F"是影响深度以下的摩阻力 对立柱桩所产生的轴力（详见详见桩基工程手册46），E,为立柱桩的弹性模量，A,为立柱的截 面积，1"为影响深度以下立柱桩桩长。 因此立柱最后隆起量为：

根据前人对立柱桩隆起的研究，基坑开挖引起的土体回弹影响深度26：

：h为坑底土体回弹影响深度，H为基坑

H 0.0612H ± 0.19

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第3章立柱桩隆沉机理和计算分析

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3.4立柱桩竖向位移控制值

第3章立柱桩隆沉机理和计算分析

式中：i=EI/I为杆件的线刚度，θ为节点转角，△为支座竖向线位移，M为固端驾 柱桩与围护结构间的距离

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第3章立柱桩隆沉机理和计算分析

1、在软土地区，立柱桩的隆沉是一个缓慢、持续的过程，桩土之间的相对位移会改变桩 则摩阻力的变化； 2、立柱桩的隆沉取决于立柱桩的桩长与土体回弹影响深度的关系，若立柱桩的桩长小于 土体的影响深度，立柱桩会产生上浮位移；若立柱桩的桩长大于土体的回弹影响深度，则桩 体下端产生足够的抗上浮力，立柱桩的隆起会得到限制； 3、本文中计算立柱桩隆沉的方法与传统的计算方法相比，具有明确的物理力学含义，公 式简洁明了，便于计算软土地区地铁基坑立柱桩的隆沉量； 4、根据结构力学的位移法得出支撑位移的弯矩公式，再根据支撑弯矩反算立柱桩处的支 撑位移，结合地下连续墙的隆沉位移，可得出立柱桩隆沉的允许控制值

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4.1有限元软件的简介

第4章基坑立柱桩隆沉的数值模拟研究

基坑立柱桩隆沉的数值模拟

PLAXIS有限元软件是20世纪70年代由Delft工业大学主导研发二维有限元的程序，最 初目的是为了解决低地软土的河堤计算分析问题，经过不断的发展，PLAXIS在其他岩土工 程领域得到有效地应用。1998年，PLAXIS公司发布了第一款WINDOWS操作系统下的有限 元软件，2004年，PLAXIS公司研发出用于隧道和基础工程的三维有限元软件。 PLAXIS3D采用比较直观的用户界面，操作过程清晰简便，PLAXIS含有建模以及分析 等功能，并且具有多种经典以及高级的土体本构，对于比较复杂的岩土结构和施工过程 进行有效的模拟，有限元软件可以模拟稳（瞬）态渗流、流固耦合等复杂水力条件，也可以 根据土与结构之间相互作用以及动力荷载，对实例工程进行模拟，目前PLAXIS有限元软件 被广大的岩土工程师与科研工作者使用。 至今，PLAXIS软件已广泛应用于各种岩土工程项目，例如：边坡、挡土墙、抗滑桩、 桩（筱）基础、基坑工程、隧道工程、码头工程等，并且得到世界各地岩土工程师的认可， 已经逐渐成为日常工作中不可或缺的数值分析工具

4.2有限元软件的功能特性

LAXIS有限元软件主要包括输人程序、地层模拟（土模式）、荷载与结构（结构模 属性和数据库、网格和计算以及输出程序等主要功能

在使用PLAXIS3D程序过中，若要进行有限元分析，则需要建立由点、线、面、体等 购成的几何，并且要先给出相应材料属性和边界条件。这些定义在输入程序的前两个标 签完成，即地层模式和荷载与结构模式，简称几何模式。

4.2.2地层模拟（土模式）

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第4章基坑立柱桩隆沉的数值模拟研究

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第4章基坑立柱桩隆沉的数值模拟研究

2固结排水剪强度包线

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第4章基坑立柱桩隆沉的数值模拟研究

[4.3a三轴固结排水试验偏应力与轴向应变关

b固结试验轴向压力与轴向应变的关系

《城镇污水再生利用设施运行、维护及安全技术规程 CJJ 252-2016》三轴固结排水、卸载再加载试偏应力与轴向应变关系b三轴固结排水试验偏应力与轴向应变关

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4.2.3结构模式及材料属性

第4章基坑立柱桩隆沉的数值模拟研究

在有限元软件建模过程中，采用了结构中的板单元、界面单元、梁单元、Embeded 单元以及嵌入式锚杆单元，每个单元的参数都具有特定的意义，以下粗略介绍中所用 到的单元： 1、板单元 （1）模拟基坑开挖过程中，PLAXIS薄而长的结构常用板单元来模拟，地下连续墙选用 PLAXIS中的板材料数据组，板是作用在结构上的竖向荷载实际由侧摩阻力和端阻力来承受， 其中一部分承载力由结构端部下方土体提供，与结构端部的厚度或者截面积有关。板单元生 成网格后，由6节点三角形板单元组成，每个节点有6个自由度：三个平移自由度（ux，u，， u.）和三个转动自由度（，，，.）。板单元基于Mindlin板理论，该理论中板可以在受 弯、剪作用下产生挠度。单元刚度矩阵基于材料数据组中定义的属性建立，通过三对高斯积 分点进行数值积分。每对积分点的应力点位于板中心线上下各/3d/6处。 （2）板单元的刚度是线性的，PLAXIS3D中可为板单元指定正交各向异性和各向异性 材料，由以下参数定义如表4.2。

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第4章基坑立柱桩隆沉的数值模拟研究

4、Embeded桩单元 （1）在PLAXIS有限元软件中CJJ 73-1997 全球定位系统城市测量技术规程，用Embeded桩单元来模拟基坑内的立柱桩，Embeded 单元可视为由梁单元和嵌入式的界面单元组成，梁单元是3节点的线单元，每个节点有6