地下連續墻槽壁失穩模式及其穩定性計算方法研究現狀

曹豪榮，彭立敏，雷明鋒, 3，唐錢龍, 4

地下連續墻槽壁失穩模式及其穩定性計算方法研究現狀

曹豪榮1, 2，彭立敏1，雷明鋒1, 3，唐錢龍1, 4

(1. 中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075；2. 湖南大學 設計研究院，湖南 長沙 410082；3. 重載鐵路工程結構教育部重點實驗室，湖南 長沙 410075；4. 江西交通職業技術學院，江西 南昌 330013)

針對地連墻成槽施作過程中槽壁穩定性問題，開展廣泛的文獻、資料調研，重點總結分析槽壁失穩破壞模式、穩定性理論分析模型與方法以及相關因素對槽壁穩定性的影響規律等問題的研究現狀。結果表明：1)槽壁失穩表現為表層土體的整體失穩以及軟弱夾層的局部失穩2類破壞模式；2) 因所采用的力學原理以及考慮的影響因素不同，當前既有槽壁穩定性理論分析模型和方法的適用性與計算結果尚存在較大的偏差，相對而言，三維模型的分析計算結果更為可靠、穩定；3) 單元槽段開挖長度以及泥漿液面高度是控制槽壁穩定性的關鍵參數。

地下連續墻；槽壁；破壞模式；穩定性分析模型；影響因素

地連墻是采用挖槽機械，在泥漿護壁的輔助作用下開挖出深而狹窄的地下溝槽、并進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性的地下墻體[1]，其施工技術起源于歐洲，是由鉆進技術中采用泥漿和水下灌注混凝土的方法發展演變而來[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50~60年代逐步推廣，在地下工程及深基礎工程中已經成為最有效的施工技術之一[3]。其基本工藝主要包括導墻施工、泥漿護壁、成槽施工、水下灌注混凝土和墻段接頭處理等。地連墻開挖技術由于其施工振動小、墻體剛度大、整體性好、施工速度快、適應性強等特點，已廣泛運用于各類地下工程中。例如，日本已經累計建成了1.5×107m2以上的地連墻，成為此技術最發達的國家之一；當今地連墻的最大挖掘深度已達140 m，最薄厚度僅為20 cm；1958年水電部門在青島丹子口水庫采用地連墻修建的水壩隔滲墻為此技術在中國的首次運用。近幾十年來，隨著基礎設施建設在城市中大規模發展，中國大部分省份均開始采用這項技術，已累計建成的地下連續墻超過1.4×106m2[3]。按照中國“十三五”發展規劃，未來5 年，僅城市軌道交通將修建地下連續墻總量超過1.5×107m2[4]，可以看出，地連墻開挖技術仍將具有極大的應用前景。盡管地連墻施工技術發展與應用日益成熟，但其在復雜地質情況下的應用仍存在著較大的缺陷，也缺乏科學規范理論指導，導致實際成槽施工過程中常常出現槽壁失穩破壞等事故[5?13]。經后續分析，導致這些事故的主要原因是護壁泥漿的質量缺陷(如均勻性、比重等)、地下水位變化等。可見，在地下連續墻成槽施工過程中如何設計或控制護壁泥漿質量，了解其護壁作用機理以及相關因素對槽壁穩定性的影響機制至關重要，也直接影響著工程安全。因此，經過大量的文獻調研，本文對地連墻的槽壁穩定性進行詳盡的綜述研究，重點總結地連墻槽壁失穩模式、相應的破壞失穩計算方法以及影響槽壁穩定性的相關因素，為后續研究及工程應用提供一定的參考。

1 地下連續墻槽壁失穩模式

關于地下連續墻槽壁的失穩模式，絕大多數學者認為其可劃分為2種類型：整體失穩模式和局部失穩模式。對于具有一定黏結性的軟弱地層，槽壁失穩表現為整體滑移的模式，而對于含無(弱)黏結性的軟弱夾層，則主要表現為局部剝落的局部失穩模式。

(a) 整體失穩；(b) 局部失穩

1) 整體失穩。大量的事故調查、模型和現場試驗表明，槽壁的整體失穩現象通常發生在埋深約5~15 m 的淺層土或表層的土體中[7, 9, 14?16]，在導墻下方的土層中，常可觀測到土體存在鼓出現象[16]。在地表平面，破壞面在整個槽段長度不斷延伸，并呈現出橢圓形或矩形形態[10, 13]，如圖1(a)所示，當泥漿的液面高度下降到水位線下1 m或存在地面超載時[7]，槽壁更易出現整體失穩現場。

2) 局部失穩。在地基土體中，如果存在黏結性差的軟弱夾層(如砂卵地層)，當泥漿的滲透力無法抵抗槽壁的土壓力時，槽壁將會出現局部失穩現象，通常表現為槽坑的超挖，如圖1(b)所示，并增大了后續施工步驟中的灌注混凝土或隔滲材料充盈系數，從而進一步增加了施工成本和難度[17?18]。

2 地下連續墻槽壁穩定性分析方法

自地下連續墻技術產生，就有學者開始針對其槽壁穩定性問題開展相關研究[10, 19]。此后，隨著該技術的廣泛應用，研究成果也日益豐富，包括現場或室內試驗、數值模擬和理論分析等[20?27]。其中，通過理論分析來研究地下連續墻穩定性問題尤為活躍，相繼研究提出了10余種計算模型或分析方法[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的角度出發，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其力學原理的不同，又可分為單元土體應力極限狀態分析法、槽壁兩側土壓平衡分析法以及平面滑動體受力平衡分析法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) 整體滑動極限平衡分析模型；(j1, j2) 局部失穩極限分析模型

圖3 槽壁穩定性分析方法分類

1) 單元土體應力極限狀態分析法。在此方法中，以開挖后槽壁上單元土體的應力摩爾圓半徑2與其所對應的極限狀態下與抗剪強度包絡線相切的應力摩爾圓半徑3的比值s=3/2(其中，s為安全系數，下同)來評估槽壁穩定性。姜朋明等[28]就利用該方法，分析考慮槽孔開挖的瞬間孔隙水壓力變化在槽壁穩定性中的作用效果，并據此研究槽壁穩定性的時間效應問題，結論認為，槽孔土體挖掘卸載形成的負孔隙水壓力有助于槽壁穩定，但是隨著時間的持續，負孔隙水壓力逐步消散則不利于槽壁的長期穩定。劉國彬等[29]也采用該方法對槽壁的穩定性受超載作用的影響進行了部分探討。

2) 槽壁兩側土壓平衡分析法。該方法是在比較槽壁兩側有效泥漿壓力(s?w)與豎直面土拱效應作用下的土壓力的基礎上來評估槽壁的穩定性，即s=(s?w)/。該類方法之關鍵是如何確定在豎直面土拱效應作用下的土壓力。Wong等[7, 30?31]針對此進行相關的研究，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算方法。

式中：3是槽孔孔壁上土體的水平應力；為槽孔長度；為土體重度；為土體的內摩擦角；是在土拱效應作用下的土壓力系數；0和a分別為靜止與主動土壓力系數。

3) 平面滑動體受力平衡分析法。該方法根據是否考慮滑動體的內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，但都是通過事先假定一個滑動面，再基于土體抗剪強度f與整個滑動體邊緣上用來平衡滑動體的剪應力之間的比值s=f/來對槽壁穩定性進行評判。Morgenstern等[10, 32]分別根據不同的破裂面假定，建立了如圖2(a)所示的槽壁穩定性分析模型，并在此模型基礎上探討不同因素下槽壁穩定性的變化情況。總之，該類方法計算結果的準確性直接依賴于滑動面的假定情況，而滑動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，在對計算方法實際應用中，設定合理的假定滑動面至關重要。

通過上述分析可見，在力學原理、考慮的因素等方面，各種模型或方法均有所差異，在適應性及計算結果的可靠性方面，各模型也存在一定程度上的區別，王軒等[41]就進行了專門的對比分析，其認為：二維的計算方法過于安全保守，計算結果不太穩定。相對而言，基于半圓柱形和三棱柱形的滑動體模型用于評價砂性地層中的槽壁穩定性更加合理；對于三維分析方法，在滑動體的平面范圍與槽段深度建立的計算模型的解算結果卻偏于保守。因此，建立合理有效的槽壁穩定性分析理論模型和方法仍是當前研究的重點。

3 地下連續墻槽壁穩定性影響因素及其作用規律

3.1 地下水位

地下水位對于槽壁穩定性的影響主要體現在槽壁內外的壓力差大小。一方面，泥漿所產生的靜水護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，其護壁作用才能充分發揮出來[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力來源，壓差小，泥皮不易形成，同時，泥漿顆粒也難以滲入土體中，泥漿的凝膠作用無法發揮。可見，地下水位的位置對槽壁的穩定性有著直接影響。大量的試驗研究和工程實踐[6?7, 9?10, 13?15, 20, 30, 32, 43]均驗證了上述觀點，并明確指出泥漿液面與地下水位液面的高差值為槽壁穩定的控制條件之一。實際施工過程中，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 單元槽段長度

基槽的長深比取決于單元槽段的尺寸，而長深比的取值也會對土拱效應的形成產生一定的影響，從而又進一步影響了土壓力的大小。在長深比較大時，土拱效應作用效果越差，槽壁穩定性下降[45]。也曾對基坑開挖時坑壁的土拱效應(空間效應)開展了相關研究。結果表明，對于類似基坑的狹長型槽孔，其施工過程存在顯著的空間效應，單元開挖段較長時，空間效應僅在坑壁端部一定范圍內出現，而中間部位完全可簡化為平面問題；單元開挖段較短，空間效應更為明顯，其空間效應也以一個拋物線的形式從端部向中間逐步遞減。實際設計施工過程中，較佳的槽段長深比約為0.3~0.5(開挖深度大取小值，開挖深度小取大值)[46]。因此，對于常見的地鐵車站基坑，開挖深度約20 m，其單元槽段取5~6 m較為合適，有利于土拱效應的發揮。

3.3 泥漿質量

從前述泥漿的護壁作用機理可見，泥漿的護壁作用要得以發揮就必須具備一定的重度和稠度。重度越大的泥漿所產生的靜水壓力作用越明顯，槽壁的穩定性也隨之增長[45]，這也已得到實踐驗證和廣大學者的認可，工程實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，進而能通過增大泥漿的凝膠作用來提高槽孔穩定性。目前常用的按總質量的4%~8%膨潤土與水配置而成的膨潤土泥漿，其黏滯度約為3×10?5kPa·s，抗剪強度一般小于7×10?3kPa。

3.4 地基土質條件

地質條件是影響槽孔開挖穩定性的另一關鍵因素，除其自身的抗剪強度外(試驗證明[45]，隨著土體黏聚力和內摩擦角的逐步減小，槽壁的穩定性逐步下降，更容易坍塌)，土體的密實度、顆粒級配和粒徑等也會影響到槽孔的穩定性。

當土的密實度較高、顆粒級配優良時，泥漿難以流失，在槽段的范圍內，泥漿漿液可以在槽壁形成一層致密的泥皮，用以維持槽壁的穩定性；當其密實度低、顆粒級配差時，槽壁透水性增大，泥皮不易形成，在泥漿滲流路徑過長時，泥漿漿液容易流失，從而導致了槽壁穩定性能的下降。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，滯留臨界水力梯度cr可按式(3)計算[47]，其計算結果可運用于槽壁局部穩定性分析中。

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。

在槽孔開挖過程中，原有地層土顆粒也會進入到泥漿中，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，進而又提高了槽壁的穩定性。在泥漿中可產生懸浮作用的最大土顆粒粒徑可按式(4)計算[10]。李生才等[48]分別根據單個土顆粒以及土顆粒間的接觸關系的剛體受力分析，也得到類似了類似的研究結果。

式中：為泥漿中可產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度。

而在礫類土中，在泥漿護壁的作用下進行槽壁開挖時，因土顆粒粒徑較大，土顆粒處于懸浮狀態，泥漿的容重并未大幅度增加，難以提高槽壁的穩定性，此時通過增加新鮮泥漿的配合比，可提高泥漿自身容重，可增長護壁壓力，以達到穩定槽壁的 作用。

3.5 槽孔開挖順序

槽壁穩定性也受到槽孔施工順序的影響，相對于順序施工的方式，在間隔施工的方式下，地基土的土拱效應更加明顯，成槽施工后，槽壁穩定性也會顯著增長[42]。但是，如果開挖或槽孔靜置時間太長，在泥漿中會出現絮凝和沉淀的現象，進而又造成泥漿容重的減小，并導致其靜水作用減弱，同時因開挖引起的負孔隙水壓力消散，特別是砂性地層，會降低槽壁穩定性[28]。因此，在開挖成槽后，應及時在槽段中放置鋼筋籠，并及時澆筑混凝土或隔滲材料。

4 結論

1) 槽壁失穩破壞模式主要有整體失穩和局部失穩2種，整體失穩破壞模式主要發生在表層土體以及約5~15 m的土層埋深范圍內；而局部失穩則常常發生在含黏性較差的軟弱夾層中。因此，實際施工過程中，應對地層結構進行詳細勘察，有必要時應重點針對表層土體或軟弱夾層進行注漿等加固，以提高槽壁的穩定性。

2) 針對槽壁穩定性理論分析模型或方法，從是否考慮土拱效應(空間效應)出發有二維和三維兩大類之分，各國學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原理以及考慮的影響因素不同，各模型的適用性和計算結果尚存在較大的偏差，相對而言，三維模型的計算結果更為可靠和穩定。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。

3) 對槽壁穩定性產生影響的因素較多，各因素的作用機理及影響規律也不盡相同。總體而言，單元槽段開挖長度以及泥漿液面高度是影響槽壁穩定性的關鍵參數。實際施工過程中，單元槽段開挖長度宜控制在5~6 m，泥漿液面高度應始終高于地下水位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] 張樹松, 李軍, 劉強, 等. 地下連續墻在地鐵施工中的應用[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] 中國城市軌道交通協會. 中國城市軌道交通2015年年報[R]. 中國城市軌道交通協會, 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. 地下連續墻塌方事故分析[J]. 中國水運, 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. 復雜地質條件下超深基坑連續墻成槽施工技術研究[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. 黃壁莊水庫副壩防滲墻施工地面塌陷原因分析[J]. 工程實踐與研究, 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] 李會民, 王士川. 地下連續墻槽壁穩定模型試驗及極限平衡狀態的研究[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. 長沙地鐵建筑密集區富水砂卵地層車站基坑施工技術研究[D]. 長沙: 中南大學, 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. 地下連續墻槽壁穩定性時空效應分析[J]. 巖土工程學報, 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] 劉國彬, 黃院雄, 劉建航. 超載時地下連續墻的槽壁穩定分析與實踐[J]. 同濟大學學報, 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. 地下墻護壁泥漿臨界相對密度的顯式解— 坍體底面未及地下水面[J]. 南京建筑工程學院學報, 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. 地下墻護壁泥漿臨界相對密度的迭代解──坍底涉及地下水面而未及地表面[J]. 南京建筑工程學院學報, 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定分析——坍體底面涉及地表時的泥漿臨界相對密度[J].南京建筑工程學院學報, 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. 關于地連墻槽壁穩定三維分析計算公式的辨正[J]. 巖土工程學報, 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. 地下連續墻泥漿槽穩定性分析的一種方法[J]. 華東交通大學學報, 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. 地下連續墻泥漿槽壁穩定的三維分析[J]. 土木工程學報, 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, 雷國輝, 施建勇. 矩形地連墻槽壁整體穩定分析方法的對比研究[J]. 巖土力學, 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] 雷國輝, 王軒, 雷國剛. 泥漿護壁開挖穩定性的影響因素及失穩機理綜述[J]. 水利水電科技進展, 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. 深基坑地下連續墻的泥漿槽壁穩定分析[J]. 巖土工程學報, 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. 泥漿護壁機理的研究[J]. 阜新礦業學院學報(自然科學版) , 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

湖南省自然科學基金資助項目(2018JJ3657)；江西省教育廳科學技術研究項目(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 陽麗霞)