曹豪榮，彭立敏，雷明鋒, 3，唐錢龍, 4

地下連續(xù)墻槽壁失穩(wěn)模式及其穩(wěn)定性計(jì)算方法研究現(xiàn)狀

曹豪榮1, 2，彭立敏1，雷明鋒1, 3，唐錢龍1, 4

(1. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；2. 湖南大學(xué) 設(shè)計(jì)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；3. 重載鐵路工程結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075；4. 江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013)

針對(duì)地連墻成槽施作過(guò)程中槽壁穩(wěn)定性問(wèn)題，開(kāi)展廣泛的文獻(xiàn)、資料調(diào)研，重點(diǎn)總結(jié)分析槽壁失穩(wěn)破壞模式、穩(wěn)定性理論分析模型與方法以及相關(guān)因素對(duì)槽壁穩(wěn)定性的影響規(guī)律等問(wèn)題的研究現(xiàn)狀。結(jié)果表明：1)槽壁失穩(wěn)表現(xiàn)為表層土體的整體失穩(wěn)以及軟弱夾層的局部失穩(wěn)2類破壞模式；2) 因所采用的力學(xué)原理以及考慮的影響因素不同，當(dāng)前既有槽壁穩(wěn)定性理論分析模型和方法的適用性與計(jì)算結(jié)果尚存在較大的偏差，相對(duì)而言，三維模型的分析計(jì)算結(jié)果更為可靠、穩(wěn)定；3) 單元槽段開(kāi)挖長(zhǎng)度以及泥漿液面高度是控制槽壁穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。

地下連續(xù)墻；槽壁；破壞模式；穩(wěn)定性分析模型；影響因素

地連墻是采用挖槽機(jī)械，在泥漿護(hù)壁的輔助作用下開(kāi)挖出深而狹窄的地下溝槽、并進(jìn)一步澆筑合適的材料而形成的具有隔滲效果、擋土作用及承重功能的連續(xù)性的地下墻體[1]，其施工技術(shù)起源于歐洲，是由鉆進(jìn)技術(shù)中采用泥漿和水下灌注混凝土的方法發(fā)展演變而來(lái)[2]。1950年，地連墻施工工藝首先于意大利米蘭使用，并在20世紀(jì)50~60年代逐步推廣，在地下工程及深基礎(chǔ)工程中已經(jīng)成為最有效的施工技術(shù)之一[3]。其基本工藝主要包括導(dǎo)墻施工、泥漿護(hù)壁、成槽施工、水下灌注混凝土和墻段接頭處理等。地連墻開(kāi)挖技術(shù)由于其施工振動(dòng)小、墻體剛度大、整體性好、施工速度快、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛運(yùn)用于各類地下工程中。例如，日本已經(jīng)累計(jì)建成了1.5×107m2以上的地連墻，成為此技術(shù)最發(fā)達(dá)的國(guó)家之一；當(dāng)今地連墻的最大挖掘深度已達(dá)140 m，最薄厚度僅為20 cm；1958年水電部門在青島丹子口水庫(kù)采用地連墻修建的水壩隔滲墻為此技術(shù)在中國(guó)的首次運(yùn)用。近幾十年來(lái)，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在城市中大規(guī)模發(fā)展，中國(guó)大部分省份均開(kāi)始采用這項(xiàng)技術(shù)，已累計(jì)建成的地下連續(xù)墻超過(guò)1.4×106m2[3]。按照中國(guó)“十三五”發(fā)展規(guī)劃，未來(lái)5 年，僅城市軌道交通將修建地下連續(xù)墻總量超過(guò)1.5×107m2[4]，可以看出，地連墻開(kāi)挖技術(shù)仍將具有極大的應(yīng)用前景。盡管地連墻施工技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用日益成熟，但其在復(fù)雜地質(zhì)情況下的應(yīng)用仍存在著較大的缺陷，也缺乏科學(xué)規(guī)范理論指導(dǎo)，導(dǎo)致實(shí)際成槽施工過(guò)程中常常出現(xiàn)槽壁失穩(wěn)破壞等事故[5?13]。經(jīng)后續(xù)分析，導(dǎo)致這些事故的主要原因是護(hù)壁泥漿的質(zhì)量缺陷(如均勻性、比重等)、地下水位變化等?？梢?jiàn)，在地下連續(xù)墻成槽施工過(guò)程中如何設(shè)計(jì)或控制護(hù)壁泥漿質(zhì)量，了解其護(hù)壁作用機(jī)理以及相關(guān)因素對(duì)槽壁穩(wěn)定性的影響機(jī)制至關(guān)重要，也直接影響著工程安全。因此，經(jīng)過(guò)大量的文獻(xiàn)調(diào)研，本文對(duì)地連墻的槽壁穩(wěn)定性進(jìn)行詳盡的綜述研究，重點(diǎn)總結(jié)地連墻槽壁失穩(wěn)模式、相應(yīng)的破壞失穩(wěn)計(jì)算方法以及影響槽壁穩(wěn)定性的相關(guān)因素，為后續(xù)研究及工程應(yīng)用提供一定的參考。

1 地下連續(xù)墻槽壁失穩(wěn)模式

關(guān)于地下連續(xù)墻槽壁的失穩(wěn)模式，絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其可劃分為2種類型：整體失穩(wěn)模式和局部失穩(wěn)模式。對(duì)于具有一定黏結(jié)性的軟弱地層，槽壁失穩(wěn)表現(xiàn)為整體滑移的模式，而對(duì)于含無(wú)(弱)黏結(jié)性的軟弱夾層，則主要表現(xiàn)為局部剝落的局部失穩(wěn)模式。

(a) 整體失穩(wěn)；(b) 局部失穩(wěn)

1) 整體失穩(wěn)。大量的事故調(diào)查、模型和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，槽壁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象通常發(fā)生在埋深約5~15 m 的淺層土或表層的土體中[7, 9, 14?16]，在導(dǎo)墻下方的土層中，常可觀測(cè)到土體存在鼓出現(xiàn)象[16]。在地表平面，破壞面在整個(gè)槽段長(zhǎng)度不斷延伸，并呈現(xiàn)出橢圓形或矩形形態(tài)[10, 13]，如圖1(a)所示，當(dāng)泥漿的液面高度下降到水位線下1 m或存在地面超載時(shí)[7]，槽壁更易出現(xiàn)整體失穩(wěn)現(xiàn)場(chǎng)。

2) 局部失穩(wěn)。在地基土體中，如果存在黏結(jié)性差的軟弱夾層(如砂卵地層)，當(dāng)泥漿的滲透力無(wú)法抵抗槽壁的土壓力時(shí)，槽壁將會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為槽坑的超挖，如圖1(b)所示，并增大了后續(xù)施工步驟中的灌注混凝土或隔滲材料充盈系數(shù)，從而進(jìn)一步增加了施工成本和難度[17?18]。

2 地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性分析方法

自地下連續(xù)墻技術(shù)產(chǎn)生，就有學(xué)者開(kāi)始針對(duì)其槽壁穩(wěn)定性問(wèn)題開(kāi)展相關(guān)研究[10, 19]。此后，隨著該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，研究成果也日益豐富，包括現(xiàn)場(chǎng)或室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析等[20?27]。其中，通過(guò)理論分析來(lái)研究地下連續(xù)墻穩(wěn)定性問(wèn)題尤為活躍，相繼研究提出了10余種計(jì)算模型或分析方法[7, 15?16, 22, 24, 28?40]，如圖2。綜合分析這些方法，從是否考慮水平面上土拱效應(yīng)的角度出發(fā)，可將其分為二維和三維分析方法兩大類，其中二維分析方法根據(jù)其力學(xué)原理的不同，又可分為單元土體應(yīng)力極限狀態(tài)分析法、槽壁兩側(cè)土壓平衡分析法以及平面滑動(dòng)體受力平衡分析法3種，如圖3所示。

(a) 斜面模型；(b) 斜面與垂直面模型；(c) 三菱柱模型；(d) 半圓柱模型；(e) 殼體模型；(f) 半圓柱斜剖面模型；(g) 拋物線體模型；(h) 主體滑移模型；(i1, i2) 整體滑動(dòng)極限平衡分析模型；(j1, j2) 局部失穩(wěn)極限分析模型

圖3 槽壁穩(wěn)定性分析方法分類

1) 單元土體應(yīng)力極限狀態(tài)分析法。在此方法中，以開(kāi)挖后槽壁上單元土體的應(yīng)力摩爾圓半徑2與其所對(duì)應(yīng)的極限狀態(tài)下與抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線相切的應(yīng)力摩爾圓半徑3的比值s=3/2(其中，s為安全系數(shù)，下同)來(lái)評(píng)估槽壁穩(wěn)定性。姜朋明等[28]就利用該方法，分析考慮槽孔開(kāi)挖的瞬間孔隙水壓力變化在槽壁穩(wěn)定性中的作用效果，并據(jù)此研究槽壁穩(wěn)定性的時(shí)間效應(yīng)問(wèn)題，結(jié)論認(rèn)為，槽孔土體挖掘卸載形成的負(fù)孔隙水壓力有助于槽壁穩(wěn)定，但是隨著時(shí)間的持續(xù)，負(fù)孔隙水壓力逐步消散則不利于槽壁的長(zhǎng)期穩(wěn)定。劉國(guó)彬等[29]也采用該方法對(duì)槽壁的穩(wěn)定性受超載作用的影響進(jìn)行了部分探討。

2) 槽壁兩側(cè)土壓平衡分析法。該方法是在比較槽壁兩側(cè)有效泥漿壓力(s?w)與豎直面土拱效應(yīng)作用下的土壓力的基礎(chǔ)上來(lái)評(píng)估槽壁的穩(wěn)定性，即s=(s?w)/。該類方法之關(guān)鍵是如何確定在豎直面土拱效應(yīng)作用下的土壓力。Wong等[7, 30?31]針對(duì)此進(jìn)行相關(guān)的研究，分別提出基于Caquot和Terzaghi土拱理論的槽壁單元土體上水平向土壓力的的分析方法，見(jiàn)式(1)和式(2)。此后，Wong 等[7, 30]基于上述理論建立考慮超載作用下的土壓力的計(jì)算方法。

式中：3是槽孔孔壁上土體的水平應(yīng)力；為槽孔長(zhǎng)度；為土體重度；為土體的內(nèi)摩擦角；是在土拱效應(yīng)作用下的土壓力系數(shù)；0和a分別為靜止與主動(dòng)土壓力系數(shù)。

3) 平面滑動(dòng)體受力平衡分析法。該方法根據(jù)是否考慮滑動(dòng)體的內(nèi)能耗散又可分為剛性滑塊極限平衡法和基于上限理論的極限分析法，但都是通過(guò)事先假定一個(gè)滑動(dòng)面，再基于土體抗剪強(qiáng)度f(wàn)與整個(gè)滑動(dòng)體邊緣上用來(lái)平衡滑動(dòng)體的剪應(yīng)力之間的比值s=f/來(lái)對(duì)槽壁穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)判。Morgenstern等[10, 32]分別根據(jù)不同的破裂面假定，建立了如圖2(a)所示的槽壁穩(wěn)定性分析模型，并在此模型基礎(chǔ)上探討不同因素下槽壁穩(wěn)定性的變化情況?？傊擃惙椒ㄓ?jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性直接依賴于滑動(dòng)面的假定情況，而滑動(dòng)面的假定方式又因研究者考慮的土體類型、超載情況等因素的不同而不同。因此，在對(duì)計(jì)算方法實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)定合理的假定滑動(dòng)面至關(guān)重要。

通過(guò)上述分析可見(jiàn)，在力學(xué)原理、考慮的因素等方面，各種模型或方法均有所差異，在適應(yīng)性及計(jì)算結(jié)果的可靠性方面，各模型也存在一定程度上的區(qū)別，王軒等[41]就進(jìn)行了專門的對(duì)比分析，其認(rèn)為：二維的計(jì)算方法過(guò)于安全保守，計(jì)算結(jié)果不太穩(wěn)定。相對(duì)而言，基于半圓柱形和三棱柱形的滑動(dòng)體模型用于評(píng)價(jià)砂性地層中的槽壁穩(wěn)定性更加合理；對(duì)于三維分析方法，在滑動(dòng)體的平面范圍與槽段深度建立的計(jì)算模型的解算結(jié)果卻偏于保守。因此，建立合理有效的槽壁穩(wěn)定性分析理論模型和方法仍是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

3 地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性影響因素及其作用規(guī)律

3.1 地下水位

地下水位對(duì)于槽壁穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在槽壁內(nèi)外的壓力差大小。一方面，泥漿所產(chǎn)生的靜水護(hù)壁壓力需要大于地下水的靜水壓力并抵抗部分周邊的土體壓力，其護(hù)壁作用才能充分發(fā)揮出來(lái)[42]；另一方面，壓差是泥皮形成以及泥漿顆粒深入槽壁表層土體的動(dòng)力來(lái)源，壓差小，泥皮不易形成，同時(shí)，泥漿顆粒也難以滲入土體中，泥漿的凝膠作用無(wú)法發(fā)揮?？梢?jiàn)，地下水位的位置對(duì)槽壁的穩(wěn)定性有著直接影響。大量的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐[6?7, 9?10, 13?15, 20, 30, 32, 43]均驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)，并明確指出泥漿液面與地下水位液面的高差值為槽壁穩(wěn)定的控制條件之一。實(shí)際施工過(guò)程中，通常要求泥漿液面需高出地下水位液面的范圍在1~1.5 m[42, 44]。

3.2 單元槽段長(zhǎng)度

基槽的長(zhǎng)深比取決于單元槽段的尺寸，而長(zhǎng)深比的取值也會(huì)對(duì)土拱效應(yīng)的形成產(chǎn)生一定的影響，從而又進(jìn)一步影響了土壓力的大小。在長(zhǎng)深比較大時(shí)，土拱效應(yīng)作用效果越差，槽壁穩(wěn)定性下降[45]。也曾對(duì)基坑開(kāi)挖時(shí)坑壁的土拱效應(yīng)(空間效應(yīng))開(kāi)展了相關(guān)研究。結(jié)果表明，對(duì)于類似基坑的狹長(zhǎng)型槽孔，其施工過(guò)程存在顯著的空間效應(yīng)，單元開(kāi)挖段較長(zhǎng)時(shí)，空間效應(yīng)僅在坑壁端部一定范圍內(nèi)出現(xiàn)，而中間部位完全可簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題；單元開(kāi)挖段較短，空間效應(yīng)更為明顯，其空間效應(yīng)也以一個(gè)拋物線的形式從端部向中間逐步遞減。實(shí)際設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，較佳的槽段長(zhǎng)深比約為0.3~0.5(開(kāi)挖深度大取小值，開(kāi)挖深度小取大值)[46]。因此，對(duì)于常見(jiàn)的地鐵車站基坑，開(kāi)挖深度約20 m，其單元槽段取5~6 m較為合適，有利于土拱效應(yīng)的發(fā)揮。

3.3 泥漿質(zhì)量

從前述泥漿的護(hù)壁作用機(jī)理可見(jiàn)，泥漿的護(hù)壁作用要得以發(fā)揮就必須具備一定的重度和稠度。重度越大的泥漿所產(chǎn)生的靜水壓力作用越明顯，槽壁的穩(wěn)定性也隨之增長(zhǎng)[45]，這也已得到實(shí)踐驗(yàn)證和廣大學(xué)者的認(rèn)可，工程實(shí)踐中所采用的泥漿重度均在10.3 kN/m3以上。泥漿的稠度越大，其抗剪能力也越大，進(jìn)而能通過(guò)增大泥漿的凝膠作用來(lái)提高槽孔穩(wěn)定性。目前常用的按總質(zhì)量的4%~8%膨潤(rùn)土與水配置而成的膨潤(rùn)土泥漿，其黏滯度約為3×10?5kPa·s，抗剪強(qiáng)度一般小于7×10?3kPa。

3.4 地基土質(zhì)條件

地質(zhì)條件是影響槽孔開(kāi)挖穩(wěn)定性的另一關(guān)鍵因素，除其自身的抗剪強(qiáng)度外(試驗(yàn)證明[45]，隨著土體黏聚力和內(nèi)摩擦角的逐步減小，槽壁的穩(wěn)定性逐步下降，更容易坍塌)，土體的密實(shí)度、顆粒級(jí)配和粒徑等也會(huì)影響到槽孔的穩(wěn)定性。

當(dāng)土的密實(shí)度較高、顆粒級(jí)配優(yōu)良時(shí)，泥漿難以流失，在槽段的范圍內(nèi)，泥漿漿液可以在槽壁形成一層致密的泥皮，用以維持槽壁的穩(wěn)定性；當(dāng)其密實(shí)度低、顆粒級(jí)配差時(shí)，槽壁透水性增大，泥皮不易形成，在泥漿滲流路徑過(guò)長(zhǎng)時(shí)，泥漿漿液容易流失，從而導(dǎo)致了槽壁穩(wěn)定性能的下降。在槽壁水壓與泥漿壓力差Δ的作用下，泥漿滲入槽壁表層土中的最大距離時(shí)，滯留臨界水力梯度cr可按式(3)計(jì)算[47]，其計(jì)算結(jié)果可運(yùn)用于槽壁局部穩(wěn)定性分析中。

式中：w為水的容重；m為泥漿需克服的剪切屈服應(yīng)力；為土的孔隙比；5為小于此粒徑且土粒含量在5%的土粒的粒徑。

在槽孔開(kāi)挖過(guò)程中，原有地層土顆粒也會(huì)進(jìn)入到泥漿中，部分粒徑較小的顆粒即可懸浮于泥漿中，從而使得泥漿的重度增加，進(jìn)而又提高了槽壁的穩(wěn)定性。在泥漿中可產(chǎn)生懸浮作用的最大土顆粒粒徑可按式(4)計(jì)算[10]。李生才等[48]分別根據(jù)單個(gè)土顆粒以及土顆粒間的接觸關(guān)系的剛體受力分析，也得到類似了類似的研究結(jié)果。

式中：為泥漿中可產(chǎn)生懸浮作用的最大土顆粒粒徑；′和s分別為土顆粒和泥漿的容重；s為泥漿凝膠的抗剪強(qiáng)度。

而在礫類土中，在泥漿護(hù)壁的作用下進(jìn)行槽壁開(kāi)挖時(shí)，因土顆粒粒徑較大，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，泥漿的容重并未大幅度增加，難以提高槽壁的穩(wěn)定性，此時(shí)通過(guò)增加新鮮泥漿的配合比，可提高泥漿自身容重，可增長(zhǎng)護(hù)壁壓力，以達(dá)到穩(wěn)定槽壁的 作用。

3.5 槽孔開(kāi)挖順序

槽壁穩(wěn)定性也受到槽孔施工順序的影響，相對(duì)于順序施工的方式，在間隔施工的方式下，地基土的土拱效應(yīng)更加明顯，成槽施工后，槽壁穩(wěn)定性也會(huì)顯著增長(zhǎng)[42]。但是，如果開(kāi)挖或槽孔靜置時(shí)間太長(zhǎng)，在泥漿中會(huì)出現(xiàn)絮凝和沉淀的現(xiàn)象，進(jìn)而又造成泥漿容重的減小，并導(dǎo)致其靜水作用減弱，同時(shí)因開(kāi)挖引起的負(fù)孔隙水壓力消散，特別是砂性地層，會(huì)降低槽壁穩(wěn)定性[28]。因此，在開(kāi)挖成槽后，應(yīng)及時(shí)在槽段中放置鋼筋籠，并及時(shí)澆筑混凝土或隔滲材料。

4 結(jié)論

1) 槽壁失穩(wěn)破壞模式主要有整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)2種，整體失穩(wěn)破壞模式主要發(fā)生在表層土體以及約5~15 m的土層埋深范圍內(nèi)；而局部失穩(wěn)則常常發(fā)生在含黏性較差的軟弱夾層中。因此，實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)勘察，有必要時(shí)應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)表層土體或軟弱夾層進(jìn)行注漿等加固，以提高槽壁的穩(wěn)定性。

2) 針對(duì)槽壁穩(wěn)定性理論分析模型或方法，從是否考慮土拱效應(yīng)(空間效應(yīng))出發(fā)有二維和三維兩大類之分，各國(guó)學(xué)者也先后提出或建立了10余種分析模型或方法，但由于所采用的力學(xué)原理以及考慮的影響因素不同，各模型的適用性和計(jì)算結(jié)果尚存在較大的偏差，相對(duì)而言，三維模型的計(jì)算結(jié)果更為可靠和穩(wěn)定。因此，如何建立有效的理論分析模型仍是該課題研究的重點(diǎn)。

3) 對(duì)槽壁穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的因素較多，各因素的作用機(jī)理及影響規(guī)律也不盡相同?？傮w而言，單元槽段開(kāi)挖長(zhǎng)度以及泥漿液面高度是影響槽壁穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。實(shí)際施工過(guò)程中，單元槽段開(kāi)挖長(zhǎng)度宜控制在5~6 m，泥漿液面高度應(yīng)始終高于地下水位1~1.5 m。

[1] LI Yuchao, PAN Qian, Cleall Peter John, et al. Stability analysis of slurry trenches in similar layered soils[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2013, 139: 2104?2109.

[2] Nash K L. Stability of trenches filled with fluids [J]. Journal of the Construction Division, 1974, 100(4): 533? 542.

[3] 張樹(shù)松, 李軍, 劉強(qiáng), 等. 地下連續(xù)墻在地鐵施工中的應(yīng)用[J]. 天津市政工程, 2008(3): 25?27.ZHANG Shusong, LI Jun, LIU Qiang, et al. Application of underground diaphragm wall in subway projects[J]. Journal of Tianjin Municipal Engineering, 2008(3): 25? 27.

[4] 中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì). 中國(guó)城市軌道交通2015年年報(bào)[R]. 中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì), 2016: 15?19.China Association of Metros (CAM). 2015 annual report of China urban mass transit[R]. China Association of Metros, 2016: 15?19.

[5] ZHANG Junde, HAN Longwu. Method and effect for controlling slum ping trench section of continuous concrete wall in Huangsha Station along Guangzhou subway[J]. Foundation Engineering, 1999(4): 52?55.

[6] 戴建鶴. 地下連續(xù)墻塌方事故分析[J]. 中國(guó)水運(yùn), 2014, 14(6): 372?373. DAI Jianhe. Collapse analysis of underground diaphragm wall[J]. China Water Transport, 2014, 14(6): 372?373.

[7] Wong G C Y. Stability analysis of slurry trenches[J]. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 1984, 110(11): 1577?1590.

[8] 尉勝偉. 復(fù)雜地質(zhì)條件下超深基坑連續(xù)墻成槽施工技術(shù)研究[J]. 鐵道建筑, 2010(12): 51?54. WEI Shengwei. Study on construction technology of trough-forming of diaphragm wall in super-deep foundation pit under complex geological condition[J]. Railway Engineering, 2010(12): 51?54.

[9] Tsai J S, Jou L D, Hsieh H S. A full-scale stability experiment on a diaphragm wall trench[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2000, 37(2): 379?392.

[10] Mogrenstern N, Amir-tahmasseb I. The stability of a slurry trench in cohesionless soils[J]. Geotechnique, 1965, 15(4): 387?395.

[11] Tamano T, Nguyen H Q, Kanaoka M, et al. Deformation and failure of slurry trench in reclaimed soft clay: numerical analysis [C]// Proceedings of the 12th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Singapore: World Scientific Publishing, 2003, 1: 825?828.

[12] Tsai J S, Chang C C, Jou L D. Lateral extrusion analysis of sandwiched weak soil in slurry trench[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, 1998, 124(11): 1082?1090.

[13] 李廣誠(chéng). 黃壁莊水庫(kù)副壩防滲墻施工地面塌陷原因分析[J]. 工程實(shí)踐與研究, 2003, 11(2): 43?47. LI Guangcheng. Cause analysis of ground collapsing in the construction of cutoff wall in the saddle dam of Huangbizhuang reservoir[J]. Technical Supervision in Water Resources, 2003, 11(2): 43?47.

[14] 李會(huì)民, 王士川. 地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定模型試驗(yàn)及極限平衡狀態(tài)的研究[J]. 陜西建筑, 1992(3): 27?31. LI Huimin, WANG Shichuan. Experimental and limit equilibrium research on the stability of underground diaphragm wall[J]. Shanxi Construction, 1992(3): 27?31.

[15] Aas G. Stability of slurry trench excavations in soft clay [C]// Proceedings of the 6th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Vienna: International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1976: 103?110.

[16] Washbourne J. The three-dimensional stability analysis of diaphragm wall excavations[J]. Ground Engineering, 1984, 17(4): 24?26, 28?29.

[17] 龔大為. 長(zhǎng)沙地鐵建筑密集區(qū)富水砂卵地層車站基坑施工技術(shù)研究[D]. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué), 2013. GONG Dawei. Research on the foundation pit construction technology of Changsha metro station in the water-rich sandy cobble strata of eensely built-up areas [D]. Changsha: Central South University, 2013.

[18] Tsai J S. Stability of weak sublayers in a slurry supported trench[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1997, 34(2): 189?196.

[19] Nash J K T L, Jones G K. The support of trenches using fluid mud[J]. Proceedings of Grouts and Drilling Muds in Engineering Practice, Butterworths, London, 1963, 25: 177?180.

[20] Oblozinsky P, Ugai K, Katagiri M, et al. A design method for slurry trench wall stability in sandy ground based on the elasto-plastic FEM[J]. Computers and Geotechnics, 2001, 28(2): 145?159.

[21] ZHANG Z X, PAN C H, DUAN C F. Numerical analysis for the stability of over-length trench wall based on a novel pre-supporting excavation method [C]// Proceedings of International Symposium on Coastal Engineering Geology. Shanghai, China: New Frontiers in Engineering Geology and the Environment, 2013: 259? 262.

[22] Fox P J. Analytical solutions for stability of slurry trench [J]. Journal of Geotechnical and Environmental Engineering, 2004, 130(7): 749?758.

[23] Filz G M, Adam T, Davidson R R. Stability of long trenches in sand supported by bentonite-water slurry[J]. Journal of Geotechnical and Environmental Engineering, 2004, 130(9): 915?921.

[24] HAN C Y, CHEN J J, WANG J H, et al. 2D and 3D stability analysis of slurry trench in frictional/cohesive soil[J]. Journal of Zhejiang University-Science A, 2013, 14(2): 94?100.

[25] LI Y C, PAN Q, Cleall P J, et al. Stability analysis of slurry trenches in similar layered soils[J]. Journal of Geotechnical and Environmental Engineering, 2013, 139(12): 2104?2109.

[26] LI A J, Merifield R S, LIN H D, et al. Trench stability under bentonite pressure in purely cohesive clay[J]. International Journal of Geomechanics, 2014, 14(1): 151?157.

[27] Grandas-tavera C E, Triantafyllidis T. Simulation of a corner slurry trench failure in clay[J]. Computers and Geotechnics, 2012, 45: 107?117.

[28] 姜朋明, 胡中雄, 劉建航. 地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性時(shí)空效應(yīng)分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 1999, 21(3): 338?342. JIANG Pengming, HU Zhongxiong, LIU Jianhang. Analysis of space-time effect on the stability for slurry-trench of diaphragm wall[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 1999, 21(3): 338?342.

[29] 劉國(guó)彬, 黃院雄, 劉建航. 超載時(shí)地下連續(xù)墻的槽壁穩(wěn)定分析與實(shí)踐[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào), 2000, 28(3): 267?271. LIU Guobin, HUANG Yuanxiong, LIU Jianhang. Analysis of the stability of slurry trench with a surchargeand engineering application[J]. Journal of Tongji University, 2000, 28(3): 267?271.

[30] Hajnal I, Marton J, Regele Z. Construction of diaphragm walls[M]. Simon A B, Trans. New York: John Wiley & Sons, 1984.

[31] Huder J. Stability of bentonite slurry trenches with some experiences in Swiss practice[C]// Proceedings of the 5th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Spain: Madrid, 1972: 517?522.

[32] Elson W K. An experimental investigation of the stability of slurry trenches[J]. Géotechnique, 1968, 18(3): 37?49.

[33] 楊嶸昌. 地下墻護(hù)壁泥漿臨界相對(duì)密度的顯式解— 坍體底面未及地下水面[J]. 南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào), 1995, 32(1): 22?28. YANG Rongchang. The clear solution of the critical specific gravity of slurry propping the trench of diaphragm wall- the bottom of slump mass does not cross the groundwater level[J]. Journal of Nanjing Architectural and Civil Engineering Institute, 1995, 32(1): 22?28.

[34] 楊嶸昌. 地下墻護(hù)壁泥漿臨界相對(duì)密度的迭代解──坍底涉及地下水面而未及地表面[J]. 南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào), 1995, 34(3): 42?49. YANG Rongchang. Iteration methods calculating the critical specific gravity of slurry propping the trench of diaphragm wall-in case that the bottom of slump mass crosses ground water surface and does not ground surface [J]. Journal of Nanjing Architectural and Civil Engineering Institute, 1995, 34(3): 42?49.

[35] 楊嶸昌, 劉世同. 地下墻淺表泥漿槽壁的穩(wěn)定分析——坍體底面涉及地表時(shí)的泥漿臨界相對(duì)密度[J].南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào), 1997, 41(2): 28?34. YANG Rongchang, LIU Shitong. Stability analysis of slurry trench side of diaphragm wall near ground surface-slurry critical specific gravity in case that the bottom of slump mass crosses ground surface[J]. Journal of Nanjing Architectural and Civil Engineering Institute, 1997, 41(2): 28?34.

[36] 李祿榮. 關(guān)于地連墻槽壁穩(wěn)定三維分析計(jì)算公式的辨正[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2001, 23(3): 374?375. LI Lurong. Formula discrimination of 3-D analysis of trenches stability[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2001, 23(3): 374?375.

[37] Tsai J S, Chang J C. Three-dimensional stability analysis for slurry-filled trench wall in cohesionless soil[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1996, 33(5): 798?808.

[38] 季沖平, 余紹鋒. 地下連續(xù)墻泥漿槽穩(wěn)定性分析的一種方法[J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報(bào), 1998, 15(3): 15?19. JI Chongping, YU Shaofeng. The stability of slurry trench diaphragm wall[J]. Journal of East China Jiaotong University, 1998, 15(3): 15?19.

[39] 張厚美, 夏明耀. 地下連續(xù)墻泥漿槽壁穩(wěn)定的三維分析[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2000, 33(1): 73?76. ZHANG Houmei, XIA Mingyao. 3-D stability analysis of slurry trenches[J]. China Civil Engineering Journal, 2000, 33(1): 73?76.

[40] HAN C Y, WANG J H, XIA X H, et al. Limit analysis for local and overall stability of a slurry trench in cohesive soil[J]. International Journal of Geomechanics, 2012, 15(5): 06014026.

[41] 王軒, 雷國(guó)輝, 施建勇. 矩形地連墻槽壁整體穩(wěn)定分析方法的對(duì)比研究[J]. 巖土力學(xué), 2006, 27(4): 549?554. WANG Xuan, LEI Guohui, SHI Jianyong. Comparative study of global stability analysis methods of rectangular diaphragm wall panel trenches[J]. Rock and Soil Mechanics, 2006, 27(4): 549?554.

[42] 雷國(guó)輝, 王軒, 雷國(guó)剛. 泥漿護(hù)壁開(kāi)挖穩(wěn)定性的影響因素及失穩(wěn)機(jī)理綜述[J]. 水利水電科技進(jìn)展, 2006, 26(1): 82?86. LEI Guohui, WANG Xuan, LEI Guogang. Stability influencing factors and instability mechanism of slurry-supported excavations[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources, 2006, 26(1): 82?86.

[43] Tamano T, Fukui S, Suzuki H, et al. Stability of slurry trench excavation in soft clay[J]. Soils and Foundations, 1996, 36(2): 101?110.

[44] Mohamed A. Effect of groundwater table rising and slurry reduction during diaphragm wall trenching on stability of adjacent piles[C]// International Symposium on Geohazards and Geomechanics (ISGG2015), 2015: 50?54.

[45] 史世雍, 章偉. 深基坑地下連續(xù)墻的泥漿槽壁穩(wěn)定分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2006, 28(增1): 1418?1421. SHI Shiyong, ZHANG Wei. Stability analysis of slurry trench of diaphragm in deep excavation[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2006, 28(Suppl 1): 1418?1421.

[46] LEI Mingfeng, PENG Limin, SHI Chenghua, et al. A simplified calculation method for spatial effect in large-long-deep foundation pit and its analysis[J]. Advanced Materials Research, 2011, 243?249: 2762? 2770.

[47] Filz G M, Boyer R D, Davidson R R. Bentonite-water slurry rheology and cutoff wall trench stability [G]// EVANS J C. In Situ Remediation of the Geoenvironment, Geotechnical Special Publication, New York: ASCE, 1997: 139?153.

[48] 李生才, 鄧文樵. 泥漿護(hù)壁機(jī)理的研究[J]. 阜新礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) , 1990, 9(2): 11?15. LI Shengcai, DENG Wenqiao. The study of the mechanism of dado with slurry[J]. Journal of Fuxin Mining Institute, 1990, 9(2): 11?15.

Research status of the instability mode and its stability calculation method of underground diaphragm wall

CAO Haorong1, 2, PENG Limin1, LEI Mingfeng1, 3, TANG Qianlong1, 4

(1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China; 2. Hunan University Design Institute Co., Ltd, Changsha 410082, China; 3. Key Laboratory of Engineering Structure of Heavy Haul Railway (Central South University), Changsha 410075, China; 4. Jiangxi Transportation Vocational and Technical College, Nanchang 330013, China)

This paper performs an extensive literature survey on the stabilisation of groove walls during the construction of diaphragm wall panel trenches. The failure modes of groove wall instability, the stability theoretical analysis method, and the influence of related factors on groove wall stabilisation were summarized and analyzed emphatically. The results show that: First, groove wall instability is reflected in two types of failure modes, namely, the overall instability of the surface soil and the local instability of the soft interlayer. Second, the established groove wall stabilisation theoretical analysis models can be divided into the 2D models and the 3D models. The applicability and calculation results of these models greatly differ because of their different mechanical principles and influencing factors. Specifically, the calculation results of the 3D models are more stableand reliable than those of the 2D models. Third, the excavation length of one groove section and the slurry level are critical parameters for controlling groove wall stabilisation.

diaphragm wall; groove wall; failure mode; stability analysis model; influence factors

U25

A

1672 ? 7029(2019)07?1743 ? 08

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.07.019

2018?09?24

湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2018JJ3657)；江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(GJJ171292)

曹豪榮(1986?)，男，湖南安化人，博士研究生，從事隧道與地下工程研究；E?mail：912919340@qq.com

(編輯 陽(yáng)麗霞)