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软土深基坑工程时间效应研究

徐浩峰  
【摘要】: 在软土地区开挖深大基坑,开挖中围护结构位移、结构体的外荷和内力会随着基坑暴露时间的增长而变化,呈现出明显的流变效应;同时基坑开挖引起土体卸载,超静孔压的消散导致固结效应的产生。前人曾对上述两个效应分别进行了相应的研究,但是对二者耦合的研究还不多见。 本文根据前人基坑开挖前后土的不排水抗剪强度变化规律的研究结果,并结合MERCHANT模型的思想,提出了能同时考虑开挖应力路径和应力应变随时间变化的饱和粘土应力应变关系,亦可称之为修正MERCHANT模型。得到的非线性模量方程,使基坑开挖的分析更加合理。 将平面问题有限元法用于基坑性状的研究,研制了考虑土的流变与固结耦合作用、土与结构相互作用和模拟复杂的分步开挖过程的深基坑工程有限元分析程序。该程序采用了更合理的开挖荷载的计算方法,可以引入线弹性、邓肯张非线弹性、考虑应力路径的非线性弹性和修正三元件模型等四种本构模型,并在挡墙和土之间设置薄层接触面单元以模拟土体和墙体在开挖过程中可能产生的滑移。 利用此程序分析了深基坑开挖过程中超静孔压的消散、墙体的水平位移、墙后地表沉降、坑底土体隆起、作用在墙体前后的土压力和支撑轴力等的发展变化规律:分别考虑了固结效应和流变与固结耦合时对基坑性状的影响;还详细研究了不同的粘度、不同的渗透系数和不同的基坑宽度等三种情况。 最后结合浙江省瑞安市人民医院综合病房楼基坑开挖工程实例,用研制的程序进行数值模拟,计算结果和实测结果接近。说明该程序可以描述软土地区基坑的时间效应现象。另外,引入时间序列分析(一种数据处理方法),对基坑的时间效应进行了分析预测。


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