閱讀 2890 次 應力路徑對基坑變形性狀的影響對比分析

應力路徑對基坑變形性狀的影響對比分析

龍立華，趙新

(湖北工業大學土木工程與建筑學院，湖北武漢430068)

1.基坑開挖引起的位移分析

       基坑開挖的過程是基坑開挖面上的卸荷過程，由于卸荷而引起的坑底土體產生以向上為主的位移，同時也引起坑周水平向位移。基坑開挖引起周圍地層移動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力狀態的反映。在開挖之初深度不大時，坑底土體在卸荷后發生垂直的彈性隆起。彈性隆起的特征是坑底中部隆起量最高，且坑底隆起在開挖停止后很快停止。這種隆起基本上不會引起坑周土體向坑內移動。隨著開挖深度的增加，基坑內外的土面高差不斷增大，當開挖到一定深度時，基坑內外高差所形成的加載和地面各種超載的作用，就會使坑周外側土體向坑內移動，使基坑坑底產生向上的塑性隆起，同時在基坑周圍產生較大的塑性區，并引起地面沉降。

       本次計算采用ANSYS軟件進行模擬分析：假定基坑的尺寸為長10 m，深8 m，為了進行常規與卸荷的結果比較，故計算中不采用支護與分步開挖，土體單元采用四結點等參元，檔板為梁單元，采用D—P模型。基坑網格劃分及邊界條件有限元模型見圖 i。所取土樣來自武漢沙湖小區，為粉質黏土，土體的計算參數見表1。

2.計算結果分析

       從圖可以看出，采用經過側向卸荷過程的三軸試驗指標計算的上述位移分布均明顯大于采用常規三軸試驗指標的計算結果。尤其是基坑外側的土體，在其他參數及施工過程相同的情況下，用側向卸荷試驗指標計算的最大水平位移是常規三軸試驗的1.25倍。這一結果表明，基坑開挖的側向卸荷過程使土體抗剪強度降低，抵抗變形的能力減小。還可得出，用卸荷試驗參數所得坑周地表沉降是常規三軸試驗的l.24倍。見表2。

       根據文獻的規定，基坑支護結構設計的內容之一就是考慮結構水平變形對周圍環境的變形影響。對基坑側壁安全等級為一級的建筑基坑來說，這一點尤為重要。采用經過側向卸荷過程的三軸試驗指標計算的基坑側向變形比常規三軸試驗計算結果增大近25％，這一結果對基坑周圍環境的水平及豎向變形的影響不容忽視。在基坑支護結構的設計與分析中，不考慮基坑開挖卸荷對土體抗剪強度指標的影響將使支護結構上的水平變形及周邊地表沉降的預測偏于不安全，這對基坑支護結構自身的安全、基坑周圍環境的穩定都將造成無法估量的威脅。

3.結  語

       眾所周知，基坑工程是一項投資多、風險大的地下工程。基坑工程的安全穩定直接關系到基礎及上部結構的順利施工，關系到整個工程項目的成敗。基坑支護結構一旦發生事故，將給國家和社會造成無法挽回的損失。保證基坑支護工程的安全與穩定是每一個巖土工程工作者不可推卸的責任。因此，有效、準確地預測基坑支護結構的變形特性對基坑支護結構的設計至關重要。本文基于在不同應力路徑下所得試驗參數來模擬基坑開挖工程實際狀況，分析比較基坑周圍土層的變形特性的不同，所得結論對于今后基坑支護結構的設計具有重要的指導意義。        

       (1)有限元分析可獲得基坑土體內部各個位置的位移。通過對影響該土體變形的參數進行對比分析表明，應力路徑的改變對試驗結果有明顯的影響，有限元分析成果對實際工程的位移控制具有一定的參考價值。

       (2)通過對比分析常規與卸荷不同應力路徑下所得的水平位移、地表沉降和坑底隆起結果，均得出卸荷試驗結果比常規試驗結果普遍偏大，因此在工程實際中，用常規試驗分析的結果數據是偏于不安全的。

參考文獻：

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[3]朱伯芳．有限單元法原理與應用[M]．北京：水利電力出版社，1996．

[4]孫鈞．地下結構有限元法解析CM]．上海：同濟大學出版社，l988．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)