基于非饱和土三轴试验的季冻区深基坑冻胀破坏机理研究

【摘要】：季节性冻土区域分布广泛且该区域土体普遍处于非饱和状态。季冻区非饱和土中的深基坑工程,因土体的特殊性、支护结构的临时性,在设计中未能正确考虑土体的冻胀,从而造成越冬深基坑工程事故频发。因此,文章在非饱和土三轴试验基础上,采用数值模拟分析方法,对季冻区非饱和土体中深基坑在冻胀作用下的破坏机理进行深入研究,主要成果如下:一、对季冻区土体、非饱和土体、冻胀及冻胀机理的国内外研究现状做了详细的总结,并对国内季冻区深基坑支护结构应用现状做了全面的论述。二、结合现有研究成果,对非饱和土的基本性质、冻胀力产生机理、非饱和土中冻胀力的影响因素、深基坑冻胀破坏类型及原因进行了理论分析。三、室内试验结果分析表明:在冻结过程中,随着温度的降低,土体的黏聚力逐渐增大且增幅逐渐升高,内摩擦角逐渐减小且减小幅度呈先升后降趋势;一个冻结融化过程后,土体的黏聚力、内摩擦角均减小,强度降低;非饱和土的强度指标随着饱和度(基质吸力)的变化而变化,其中,在一定饱和度(基质吸力)范围内,黏聚力随饱和度的减小逐渐增大且增加幅度降低,内摩擦角随饱和度的减小略有降低并逐渐趋于稳定。四、数值模拟结果分析表明:比较多种本构模型,其中Mohr-Coulomb Model模拟结果最为合理;温度变化(0℃~-15℃~15℃),支护桩水平位移、水平力、锚杆最大轴力、基坑顶面地表沉降隆起位移、基坑内土体隆起位移,随温度的降低增大,随温度的回升减小;土体冻胀受饱和度(基质吸力)影响显著;冻结过程中(15℃~-15℃),强度指标随温度变化(黏聚力逐渐增大,内摩擦角逐渐减小),支护结构水平位移、水平力、锚杆最大轴力、基坑顶面地表沉降隆起位移、基坑内土体隆起位移呈先减小后增大趋势。