上方基坑开挖引起下卧隧道纵向变形分析方法

上方基坑开挖引起下卧隧道纵向响应的分析方法大多将基坑开挖处理为基底简单卸荷作用,采用基底卸荷引起的隧道轴线处自由土体的附加应力作为输入条件,视之为隧道所受到的荷载。然而,这种力输入条件并非隧道受到的真实荷载,导致得不到合理的隧道响应。为此,首先从理论上分析当前的力输入条件的不足以及位移输入条件较为合理的原因,并对两种输入条件下Winkler地基模量进行区分,指出位移输入条件和力输入条件应分别采用被动和主动Winkler地基模量。其次,通过对比有限元和Winkler方法得到的隧道响应,验证了位移输入条件的合理性,而当前的力输入条件会低估隧道的响应。最后,鉴于力输入方法的工程实用性,提出利用荷载放大系数调整输入荷载的大小,以获得合理的隧道响应。利用大量的有限元算例进行研究,确定了荷载放大系数的简化计算公式,通过与工程案例的实测结果对比,验证了所提出方法的可行性。

基于颗粒间应变的饱和黏土小应变各向异性非线性本构模型

饱和黏土的各向异性小应变特性对软土地下工程及其环境影响分析具有重要意义。现有小应变本构模型因较为复杂而无法直接应用于预测土体变形和分析土与结构相互作用的简化方法,且小应变模量常被假设为各向同性。基于颗粒间应变(IGS),建立了形式简单、参数易于确定的非线性弹性模型,其考虑了小应变刚度的各向异性、剪切模量随应变幅衰减、最近应力历史效应以及大应变阶段剪切体变耦合特性。通过对芝加哥黏土不同应力路径单元体试验的模拟,得到以下主要结论:(1)新建模型可以较好模拟不同应力路径下小应变刚度衰减、大应变阶段应力-应变关系、孔隙水压发展以及剪胀性,同时可较好近似高等弹塑性模型;(2)IGS模型较现有Overlay模型可以更好地模拟处于单调加载和应力完全反转之间的应力旋转对小应变刚度的影响;(3)各向异性可显著影响应变非常小时的土体刚度,导致路径旋转角较小的应力路径具有更高的初始模量,但随着应变的增长,最近应力历史会成为左右小应变刚度的主要因素。

基于小应变非线性弹性模型的基坑开挖三维数值模拟

小应变弹塑性模型-HSS模型广泛应用于软土基坑工程分析中,为便于简化计算,建立一种与HSS模型主要参数相对应的小应变非线性弹性本构模型是必要的。本文首先从Benz提出的小应变Overlay模型出发,建立一个综合考虑土体小应变范围内的模量衰减特性、模量的应力路径相关特性,大应变范围内的剪切与体变耦合特性,以及全应变范围内应力-应变关系的非线性、模量应力相关性的非线性弹性本构模型。然后,基于ABAQUS的子程序UMAT进行二次开发实现三维有限元数值模拟,平行使用基于本文模型的ABAQUS和基于HSS模型的Plaxis程序对均质土层基坑开挖算例以及台北TNEC基坑工程案例进行分析对比,验证了本文模型的有效性。