随着城市地下空间的不断开发利用，作为深基坑围护结构的地下连续墙也具有广泛的运用前景，尽管地连墙成槽施工中积累了丰富的经验，但在成槽土体开挖中依然面临槽壁塌孔或塌槽问题，尤其承压水作用下粉砂层土体开挖时，槽壁极易发生失局部塌孔，根据以往工程施工经验，槽壁失稳既有整体失稳，也有局部失稳，这些都会对后续地连墙施工产生很大影响，进而影响最终成墙质量。因此，针对承压水作用下粉砂层失稳模式和机理分析就显得十分必要。

槽壁失稳破坏问题一直是地下连续墙施工中亟待解决的技术难题，为此，国内外学者也对槽壁失稳进行了大量的理论分析，Britto等^[1]假定了7种成槽开挖的失稳模式，并给出其相应的解析解。姜朋明等^[2]基于极限分析理论对地连墙成槽施工中的时间效应进行了深入分析。张厚美等^[3]假定槽壁破坏体为倾斜滑动抛物线柱体，为了确定最危险破坏面对滑动体进行三维理论分析。王轩等^[4]结合现有的槽壁整体稳定性分析方法，从理论基础的角度对槽壁影响参数进行敏感性分析，并结合实际效果进行验证分析。丁勇春等^[5]针对成槽施工中的槽壁失稳现象，采用理论分析的方法对不同施工阶段下的槽壁土体的应力路径进行研究。陈孟红^[6]提出土体破坏平面速度场模型，采用极限分析上限理论对槽壁土体进行分析。Han等^[7-8]针对黏性土层中槽壁局部破坏模式，建立了二维和三维破坏模型对该土层的局部稳定性进行了极限理论分析。易岸峰^[9]建立了富水地层中槽壁稳定性分析模型，依据极限平衡原理推导出成槽施工中槽壁整体稳定性最小护壁泥浆的计算公式。崔根群等^[10]分别建立了地连墙整体和局部稳定性力学模型，采用极限平衡法推导出了保证槽壁稳定的护壁泥浆重度临界值计算公式。周洋^[11]依托苏州轨道交通5号线地连墙为工程背景，利用整体和局部失稳理论解对成槽开挖中槽壁稳定性进行分析。刘杨等^[12]针对富水软弱地层建立了局部失稳力学模型，对模型进行极限平衡分析，推出槽壁局部失稳极限支护压力和最低泥浆液面高度。欧明喜等^[13]采用朗肯极限平衡原理对黏土夹砂层局部稳定性进行分析，推出槽壁局部稳定性系数计算公式。

目前，针对复杂地层下地连墙开挖槽壁失稳进行了大量的理论分析，但对于承压水作用下粉砂层槽壁失稳机理就鲜有研究，因此，基于实际工程中粉砂层整层失稳模式进行计算假定，采用极限平衡分析方法，通过建立槽壁失稳三维分析模型，提出承压水作用下粉砂层槽壁稳定性安全系数计算方法，并结合工程声波实测进行对比验算，在工程实例的基础上对槽壁稳定性主要影响因素进行参数敏感性分析，可为后续类似粉砂地层地连墙施工提供些许理论参考。

图5为粉砂层槽壁失稳计算图示，滑动体ABCDEF高度为d₀，滑动体长度为槽段长度L，滑动体滑裂面角度为θ，取θ=45° + φ'0/2。取图5失稳模型图中滑动体ABC进行受力分析，根据槽壁实际受力状态建立平面受力分析图，如图6所示。图6中，Q为附加荷载和上覆土层的合力，G为滑动体的自重，P_s为护壁泥浆压力的合力，P_w为地下水压力的合力，T₁和N为滑动面ACDF上切向合力和法向合力，T₂为滑动体两侧面ABC（DEF）上土体黏聚力合力。

图4 地连墙穿越粉砂层失稳破坏剖面图Fig.4 Instability failure profile of the diaphragm wall through silty sand layer

图5 地连墙槽壁失稳计算图示Fig.5 Calculation diagram of the instability of the trench wall of the diaphragm wall

滑动体ABCDEF的自重G为：

式中：γ'0为粉砂层的有效重度，V_ABCDEF为整个滑动体的体积。

作用在地面附加均布荷载为q，根据建筑基坑支护技术规程对地面附加荷载引起附加竖向应力标准值计算公式进行BCEF面上平均附加竖向应力的计算，从而求出地面附加荷载作用下在BCEF面上产生的合力，则作用在滑动体上的上覆土层的附加荷载合力Q为：

Q=( σ _ave + γ_md − γ_wh_w )⋅Ld₀ cotθ （2）

式中：σ_ave为地面附加荷载引起的平均附加竖向应力，γ_m为上覆土层加权平均重度，γ_m =( γ₁d₁ +⋯+ γ_nd_n )/( d ₁ + ⋯ + d_n )， d为上覆土层的总厚度，d=d₁ + ⋯ + d_n。

图6 失稳模型受力分析图Fig.6 Force analysis diagram of the instability model

作用在滑动体上泥浆压力分布呈现梯形分布，如图7所示。则根据梯形面积公式可求出作用在滑动体上的泥浆压力合P_s为：

式中：γ_s为护壁泥浆的重度，h_s为滑动体顶面至泥浆液面的高度。

图7 滑动体上泥浆压力和水压力分布图Fig.7 Mud pressure and water pressure distribution on sliding body

作用在滑动体上的地下水压力应包括潜水压力和承压水压力两部分，地下水压力分布如图7所示。则根据分布图可得出作用在滑动体上的地下水压力的合力P_w为：

式中：γ_w为地下水的重度，h_w为滑动体顶面至地下潜水面高度，h₁为承压水头高度。

作用在滑动体滑裂面ACDF上的法向力合力N为：

N=( Q + G ) cosθ +( P_s − P_w ) sinθ （5）

作用在滑动体滑裂面ACDF的切向力合力T₁为：

T₁ =Ntanφ'0 + c'0S_ACDF=Ntanφ'0 + c'0d₀Lcscθ （6）

式中：S_ACDF为滑裂面ACDF的面积，φ'0为粉砂层的有效内摩擦角，c'0为粉砂层的有效黏聚力。

作用在滑动体两侧面ABC（DEF）上黏聚力合力T₂为：

T ₂ =c'0 ( S _ABC + S _DEF )=c'0 d ²₀ cot θ （7）

式中：S_ABC和S_DEF分别为侧面ABC和侧面DEF的面积。

为了考虑承压水作用下粉砂层地连墙成槽施工中的槽壁稳定性，引入槽壁稳定性安全系数，槽壁稳定性安全系数定义为滑动体的抗滑力与下滑力的比值，即：

F_s =T_s T_g（8）

式中：T_s为滑动体的抗滑力，T_g为滑动体的下滑力，按式（9）计算。

（1）基于实际工程中粉土夹砂层在承压水作用下的破坏模式对粉砂层槽壁失稳模型进行计算假定，建立三维滑动体计算模型，采用极限平衡原理对粉砂层槽壁失稳进行受力分析，提出承压水作用下粉砂层槽壁稳定性安全系数的计算公式。

（2）通过工程实例进行对比分析，结果表明，本文提出的粉砂层槽壁稳定性理论计算公式基本是可靠的，可为后续承压水作用下粉砂层地连墙成槽施工提供一些理论参考。

（3）基于实际工程案例，采用本文提出的计算公式对槽壁稳定性影响因素进行分析，结果表明，承压水、地下水位、泥浆液面深度以及泥浆重度对粉砂层槽壁稳定性影响较大，尤其是承压水和地下水位是造成粉砂层槽壁失稳最主要因素，地面附加荷载对槽壁稳定性也会产生一些影响，不过和其他因素相比影响较小。

（4）本文提出的承压水作用下粉砂层槽壁稳定性安全系数应根据实际工程安全等级进行安全取值，如何根据实际工程的要求以及考虑不同影响因素进行安全系数的取值有待后续进一步研究。