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深基坑开挖土体的卸荷试验研究及有限元分析

庄心善  
【摘要】:高层建筑以及地下工程不断涌现,深基坑工程数量迅速增多。地下空间作为一种尚未开发的资源引起人们的广泛关注,深基坑工程的设计与施工问题成为岩土工程的热点。深基坑工程的成败,主要取决于设计时土体参数与本构模型的选取是否符合工程实际状况,深基坑的开挖过程实质上是深基坑周边土体的卸荷过程,卸荷状态下土体的工程性质与加荷状态有很大差别。长期以来,人们采取“加荷”试验方法确定土体参数及本构模型,对设计计算深基坑开挖卸荷土体显然是不合适的,用常规的土工加载试验参数进行深基坑工程的数值分析与设计计算必然会产生较大的误差。目前对土体加荷状态下的性状研究较多,模拟深基坑开挖卸荷过程的三轴试验研究所见不多,尤其是采用真三轴模拟深基坑周边土体的平面应变状态卸荷过程的试验研究非常少。因此,本文采用普通三轴和真三轴,模拟深基坑开挖土体的卸荷实际应力路径试验,来研究深基坑土体的工程特性以确定土体参数与本构模型,使深基坑设计参数与设计理论更加符合实际工程状况,这对于深基坑工程的数值分析与优化设计,保证基坑工程的变形、安全与稳定,具有十分重要的理论意义和实际意义。 本论文的主要研究内容和成果如下: 1、对深基坑开挖过程中土体的应力路径进行了分析与简化,认为深基坑开挖过程中的土体可以视为存在两种应力路径:深基坑周边为主动区土体,竖向荷载不变,横向卸荷;深基坑内为被动区土体,竖向卸荷,横向荷载保持不变。指出这种应力路径与筑路、建坝等典型的土体加荷工程的应力路径是完全不同的。 2、采用普通三轴对武汉地区粉质粘土进行了模拟深基坑开挖土体的轴对称应力卸荷与加荷试验,对加荷与卸荷土体的变形性状进行了分析研究,指出应力路径对深基坑土体的变形有着强烈的影响,不同应力路径下,土体的变形性状表现多样。不顾应力路径的影响,笼统地用基于常规加荷试验得到的理论和参数来对基坑工程进行计算不尽合理,应加以修正。得到卸荷土体的应力应变关系仍可以用Duncan—Zhang模型表示,但卸荷模量小于常规三轴加荷模量,推导了基坑土体卸荷切线模量计算公式。 3、用真三轴对深基坑周边主动区粉质粘土进行了平面应变条件下的固结不排水加荷与卸荷试验、固结排水卸荷试验,对试验所得的各种曲线进行了分


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