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摘要：在工程實(shí)踐中，由于實(shí)際條件的限制，人們常常采用普通三軸“加荷”的試驗(yàn)方法確定土體計(jì)算參數(shù)。這與深基坑開(kāi)挖卸荷土體的應(yīng)力路徑顯然是相悖的，故用常規(guī)的土工加載試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行深基坑工程的數(shù)值分析與設(shè)計(jì)計(jì)算也顯然是不合適的....

應(yīng)力路徑對(duì)基坑變形性狀的影響對(duì)比分析

龍立華，趙新

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430068)

1.基坑開(kāi)挖引起的位移分析

       基坑開(kāi)挖的過(guò)程是基坑開(kāi)挖面上的卸荷過(guò)程，由于卸荷而引起的坑底土體產(chǎn)生以向上為主的位移，同時(shí)也引起坑周水平向位移。基坑開(kāi)挖引起周?chē)�地層移�?dòng)的主要原因是坑底土的隆起和坑周的位移。坑底隆起是垂直向卸荷而改變土體原始應(yīng)力狀態(tài)的反映。在開(kāi)挖之初深度不大時(shí)，坑底土體在卸荷后發(fā)生垂直的彈性隆起。彈性隆起的特征是坑底中部隆起量最高，且坑底隆起在開(kāi)挖停止后很快停止。這種隆起基本上不會(huì)引起坑周土體向坑內(nèi)移動(dòng)。隨著開(kāi)挖深度的增加，基坑內(nèi)外的土面高差不斷增大，當(dāng)開(kāi)挖到一定深度時(shí)，基坑內(nèi)外高差所形成的加載和地面各種超載的作用，就會(huì)使坑周外側(cè)土體向坑內(nèi)移動(dòng)，使基坑坑底產(chǎn)生向上的塑性隆起，同時(shí)在基坑周?chē)�產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，并引起地面沉降。

       本次計(jì)算采用ANSYS軟件進(jìn)行模擬分析：假定基坑的尺寸為長(zhǎng)10 m，深8 m，為了進(jìn)行常規(guī)與卸荷的結(jié)果比較，故計(jì)算中不采用支護(hù)與分步開(kāi)挖，土體單元采用四結(jié)點(diǎn)等參元，檔板為梁?jiǎn)卧�，采�?/span>D—P模型。基坑網(wǎng)格劃分及邊界條件有限元模型見(jiàn)圖 i。所取土樣來(lái)自武漢沙湖小區(qū)，為粉質(zhì)黏土，土體的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

2.計(jì)算結(jié)果分析

       從圖可以看出，采用經(jīng)過(guò)側(cè)向卸荷過(guò)程的三軸試驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算的上述位移分布均明顯大于采用常規(guī)三軸試驗(yàn)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果。尤其是基坑外側(cè)的土體，在其他參數(shù)及施工過(guò)程相同的情況下，用側(cè)向卸荷試驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算的最大水平位移是常規(guī)三軸試驗(yàn)的1.25倍。這一結(jié)果表明，基坑開(kāi)挖的側(cè)向卸荷過(guò)程使土體抗剪強(qiáng)度降低，抵抗變形的能力減小。還可得出，用卸荷試驗(yàn)參數(shù)所得坑周地表沉降是常規(guī)三軸試驗(yàn)的l.24倍。見(jiàn)表2。

       根據(jù)文獻(xiàn)的規(guī)定，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容之一就是考慮結(jié)構(gòu)水平變形對(duì)周?chē)�環(huán)境的變形影響。對(duì)基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)的建筑基坑來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)尤為重要。采用經(jīng)過(guò)側(cè)向卸荷過(guò)程的三軸試驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算的基坑側(cè)向變形比常規(guī)三軸試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果增大近25％，這一結(jié)果對(duì)基坑周?chē)�環(huán)境的水平及豎向變形的影響不容忽視。在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析中，不考慮基坑開(kāi)挖卸荷對(duì)土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響將使支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水平變形及周邊地表沉降的預(yù)測(cè)偏于不安全，這對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的安全、基坑周?chē)�環(huán)境的穩(wěn)定都將造成無(wú)法估量的威脅。

3.結(jié)  語(yǔ)

       眾所周知，基坑工程是一項(xiàng)投資多、風(fēng)險(xiǎn)大的地下工程。基坑工程的安全穩(wěn)定直接關(guān)系到基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的順利施工，關(guān)系到整個(gè)工程項(xiàng)目的成敗。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生事故，將給國(guó)家和社會(huì)造成無(wú)法挽回的損失。保證基坑支護(hù)工程的安全與穩(wěn)定是每一個(gè)巖土工程工作者不可推卸的責(zé)任。因此，有效、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文基于在不同應(yīng)力路徑下所得試驗(yàn)參數(shù)來(lái)模擬基坑開(kāi)挖工程實(shí)際狀況，分析比較基坑周?chē)�土層的變形特性的不同，所得結(jié)論對(duì)于今后基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。        

       (1)有限元分析可獲得基坑土體內(nèi)部各個(gè)位置的位移。通過(guò)對(duì)影響該土體變形的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析表明，應(yīng)力路徑的改變對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有明顯的影響，有限元分析成果對(duì)實(shí)際工程的位移控制具有一定的參考價(jià)值。

       (2)通過(guò)對(duì)比分析常規(guī)與卸荷不同應(yīng)力路徑下所得的水平位移、地表沉降和坑底隆起結(jié)果，均得出卸荷試驗(yàn)結(jié)果比常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果普遍偏大，因此在工程實(shí)際中，用常規(guī)試驗(yàn)分析的結(jié)果數(shù)據(jù)是偏于不安全的。

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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