基于蒙特卡洛方法的基坑抗突涌稳定性分析阳吉宝1，张春波2，谷远朋1，阳双桂1（1.上海市建工设计研究院有限公司，上海200050；2.石家庄经济学院，河北·石家庄050031）摘要：根据现行技术规范判定和定量计算基坑的抗突涌安全性，不能客观反映工程建设场地地质条件不确定性等随机因素的影响。本文应用蒙特卡洛方法，考虑引发突涌的随机影响因素进行基坑抗突涌稳定性分析，并根据基坑突涌灾害的发生概率提出应对措施，以助于更合理地指导基坑工程的设计施工及其地质灾害防治。关键词：地质灾害；基坑工程；水土突涌；稳定性分析；风险概率；蒙特卡洛方法中图分类号：P642.2文献标志码：A文章编号：2095-1329(2014)03-0078-04近年来随着我国经济社会的快速发展，城市地下空间的开发利用正由点到面、由浅入深不断拓展[1]，深基坑工程因此日益增多，其面对的地质条件和周边环境也日趋复杂，安全隐患显著增加[2~5]。在深基坑工程事故中，地下水问题尤显突出[6~8]，特别是在沿海软土地区，约有22%的基坑事故与坑底承压水的突涌有关。而随着基坑开挖深度不断加大，坑底不透水层厚度变薄，承压水突涌的风险越来越大，深基坑突涌问题已逐渐成为城市地下工程建设中的重要的地质灾害，受到学术界和工程界的高度关注[9~17]。如何验算与处理承压水突涌稳定性，是深基坑设计与施工过程中必须研究解决的难题，也是灾害防治的重点内容之一[18,19]。基坑突涌是指基坑底面以下不透水土层在下部承压水压力作用下发生冲溃破坏的现象。对深基坑抗承压水突涌的稳定性验算，在国家、行业及地方的相关技术规范中对此都作了明确规定，并提供了压力平衡验算方法，在工程实践中得到普遍遵循和采用。但至今对承压水突涌破坏机理及形式的研究还不充分，有关文献对现有的其它验算方法进行了归纳[20]：基于弹塑性力学理论，将坑底土体视为均质与连续的弹性体的均质连续梁、板分析法；考虑坑底土体抗剪力因素的均质连续体法；基于神经网络模型的统计预测法。其中将坑底土体视为连续均质体，与经典的压力平衡法相比，在验算承压水稳定性时，除考虑隔水层土体自重引起的抗力外，还考虑了隔水层土体的抗剪切力（内聚力、摩阻力），弥补了压力平衡法验算的不足，但将坑底隔水层视为均质弹性梁、板单元，与实际土体有较大差异，且随着隔水层厚度与基坑跨度之比增大，这种假定的不合理性被放大；另外，均质连续体法所假定的突涌破坏形式为均质方柱体或圆柱体，也与实际破坏机理相悖。而实际上，每一种理论和计算方法都有约束条件和适用范围，如果不综合考虑基坑形状、挖深、面积以及坑底土体性质等实际情况，盲目套用计算公式验算承压水的稳定性系数，或将造成计算结果偏差，并对工程的安全性和经济性带来影响，因此有必要对深基坑抗承压水突涌的稳定性进行深入讨论。目前对于深大基坑的突涌稳定性验算，均通过工程勘察和土工测试等手段获取计算所需的各项确定性指标。本文尝试利用蒙特卡洛随机模拟方法，考虑定量计算中参数取值的不确定性，以此对基坑突涌稳定性问题进行分析，为基坑工程的设计与施工及灾害防治提供借鉴。1基坑突涌验算的不确定性目前在上海地区进行基坑突涌验算，通常按照上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012）及《基坑工程技术规范》（DG/TJ08-61-2010）的相关要求进行[21,22]。一般设定的基坑抗突涌稳定性系数Fs的安全阀[21]值为1.05，其计算式如下：(1)式中：Fs—基坑抗突涌稳定性系数；Pcz—坑底开挖面以下至承压含水层顶板间覆盖土的自重压力(kPa)，地下水位以下按饱和重度计算；Pwy—承压水压力(kPa)。突涌稳定性主要受承压含水层埋深、承压水水头埋深和基坑开挖深度的控制，取最不利因素，将承压水水头最高埋深和承压含水层最浅埋深代入公式进行验算，然后根据计算数值与稳定性指标进行比较，以此判断突涌是否会发生。在此过程中采用确定性计算参数，就很难全面准确782014·Vol.35·№.3收稿日期:2014-06-03修订日期:2014-07-18作者简介:阳吉宝(1965-),男,博士,教授级高级工程师,主要从事岩土工程勘察设计研究.电子邮箱:yjbao2005@163.com联系电话:021-62135931基金项目:上海...