宁波软土地区基坑数值计算中HS模型参数试验研究

土体HS模型已成为软土基坑数值模拟中较为常用的本构模型之一,但由于其模型参数较多,很多参数无法从勘察报告中直接获取。为了解决模型参数的取值问题,选取宁波地区典型的2种土样(淤泥质土、粉质黏土),开展标准固结试验、三轴固结排水剪切试验以及三轴固结排水加载—卸载—再加载试验,获得土体应力-应变关系。根据曲线确定宁波地区典型土层的HS模型参数Erefoed、Eref50、Erefur、c'、φ'和Rf,以及模型参数之间的关系。并将试验结果与上海软土地区、天津软土地区取得的模量关系进行对比分析。最后对宁波新典路过街通道深基坑工程进行三维有限元分析,计算结果与实测数据较为接近,从而验证HS模型及试验获取的HS参数在宁波地区基坑开挖数值计算中的适用性。

地铁换乘站坑中坑开挖变形特性

为了研究坑中坑开挖变形特性,分析了卸载条件下坑中坑基坑不同区域土体应力路径的变化规律,采用土体卸载的HS有限元模型,对某地铁换乘站坑中坑土体开挖进行数值模拟.结果表明:该坑中坑的内坑开挖对外墙侧移影响较小,每次开挖外墙侧移仅为2 mm左右;外坑、内坑开挖都导致内墙向坑内侧移,内坑开挖导致内地连墙侧移值增加超过11 mm;内坑开挖对外墙外侧土体位移影响较小;内坑外侧土体(即外坑坑底)的隆起量有随着开挖深度增大的趋势,外坑土体卸载导致外墙外侧地面水平位移较为明显,局部超过15 mm;内坑每次开挖引起外墙外侧土体侧移增量不超过1 mm.因此,有针对性地确定支护结构设计和施工方案,既能保证坑中坑基坑安全和环境影响的要求,又能节省造价.

被动区深搅桩加固对地铁深基坑变形的影响

采用土体卸载条件下的HS(hardening-soil)有限元模型,分析了被动区加固对地铁换乘站深基坑变形的影响.结果表明:深搅加固对墙体侧向位移的影响随深度增加而增大,可以最终减小墙体侧向位移达27%左右;在临近墙体局部范围内抑制坑底隆起效果显著,抑制隆起量最多超过50%;对墙背土体沉降抑制不显著,局部降低15%左右,在墙背局部范围内对土体侧向位移影响不明显.因此,根据不同地质条件和基坑变形控制要求,选择合理的加固形式使加固土体达到设计强度,既能保证基坑安全和环境影响的要求,又能节省造价.

Plaxis在板桩码头分析中的应用

现行规范中关于板桩码头的受力计算分析方法均有一定的局限性,且都不能模拟桩土之间的相互作用,为此,运用有限元软件Plaxis对板桩结构的受力特性进行非线性有限元分析,并与竖向弹性地基梁法的计算结果进行对比.结果表明:现行板桩规范中关于墙后主动土压力的假定与Plaxis计算结果不一致;土体硬化(HS)模型能更真实地反映土体的非线性特性;HS模型的土体参数中,内摩擦角最敏感,黏聚力和压缩模量次之,参数M最不敏感.

坑趾系数对坑中坑基坑变形影响的敏感性分析

采用土体卸载的HS有限元模型研究地铁换乘站坑中坑坑趾系数α对支护结构和土体变形的影响。结果表明:外墙最大侧移随坑趾系数增大而显著减小,侧移位置上移,α从0.25增加到1.5,外墙最大侧移从44.96 mm减小到30.71 mm,侧移深度从18.875 m上移到16.0 m;内墙侧移随α增大而减小,α从0.25增加到1.5,内墙最大侧移从45.74 mm减小到24.48 mm,内墙墙顶竖向位移随α增大而增大;内坑坑底在内墙10 m范围内出现显著隆起区,最大隆起量随α增加而减小,隆起区外的隆起值稳定保持在90 mm左右;外坑坑底隆起随α增大而增大,最大隆起位置出现在内墙外侧边缘,外墙内侧边缘的挤压隆起随α增大而增大,隆起范围和隆起量都较为显著;外坑坑背沉降曲线相似,沉降量随α增大而减小。

地铁换乘站深基坑内支撑体系的优化设计与分析

采用土体卸载条件下的Hardening-Soil有限元模型,研究苏州某地铁换乘站深基坑3种支撑方案对支护结构内力和基坑变形的影响。结果表明:与初始方案比较,方案A(去掉第4道支撑)的墙身最大侧移增大了35.28%,最大正负剪力分别增加41.87%和71.11%,最大正负弯矩分别增加145.32%和45.39%,最后一道支撑轴力达到1018kN,比初始方案增加了近1倍,对基坑土体变形影响增长近10%;方案B(第3、4道支撑合并)的墙身最大侧移增大了10.49%,最大正负剪力则增加6.89%和33.97%,最大正负弯矩增加34.46%和10.97%,合并后的第3、4道支撑轴力降低了15%,对基坑土体变形影响较小。方案B既能保证基坑安全和环境影响的要求,又能降低造价。

主、被动土压区加固对地铁深基坑变形影响的数值分析

采用土体卸载条件下的HS(hardening-soil)有限元模型,分析"仅主动区加固"、"仅被动区加固"、"主被动区加固"等3种加固方式对地铁车站深基坑变形的影响。结果表明:"主被动区加固"和"仅被动区加固"控制基坑侧向变形及坑底隆起变形效果较为显著;"主被动区加固"和"仅主动区加固"能够均衡土压,提高支护结构整体性状,能够有效抑制基坑后土体变形。"主被动区加固"总体加固效果最优。因此,根据不同地质条件和基坑变形控制要求,选择合理的加固形式,既能保证基坑安全和环境影响的要求,又能降低造价。

外墙插入比对坑中坑基坑变形影响的敏感性分析

文章以苏州某地铁换乘站坑中坑基坑为基本模型,采用土体卸载条件下的HS有限元模型,系统研究了外墙插入比对坑中坑基坑支护结构和基坑土体变形的影响。结果表明:随着外墙插入比增加,外墙墙身最大侧移减小,但均在30～35 mm范围内,墙脚侧向变形以线性规律增加明显;内墙顶端侧向变形以线性规律增加显著,而墙身侧向变形最值增加不明显,墙体底端无明显改变;内坑坑底隆起超过90 mm,受外墙插入比影响甚微;外坑坑底隆起超过70 mm,隆起量受外墙插入比的影响随着距离外墙减小而增加;外坑坑背土体沉降显著,距外墙14 m范围内沉降随外墙插入比增加而减小,外墙插入比为0.25时沉降量最大,14 m范围外则出现相反趋势。鉴于此,在确保坑中坑安全和环境影响前提下,确定合理的外墙插入比对坑中坑实施具有重要意义。

软黏土小应变本构模型参数研究与应用

小应变范围内土体刚度的非线性特性是土体的重要特性之一,合理获取小应变参数对基坑工程周边环境变形分析至关重要。以上海软黏土为例,采集了该地区的典型黏土层(②~⑥层)的原状土样进行了试验研究,提出了由常规岩土勘察报告提供的压缩模量E_(s1-2)确定刚度参数E^(ref)_(oed)、E^(ref)_(50)、E^(ref)_(ur)及小应变剪切模量G^(ref)_(0)的方法,给出了R_(f)、m、ν_(ur)、γ_(0.7)等参数的取值范围,结合勘察报告提供的c′、φ′等强度参数指标,可以合理得到HS-Small模型的全套参数,上述方法及模型参数已被纳入上海市《基坑工程技术标准》。最后,基于该方法确定的小应变模型参数,对上海深隧排水系统云岭西超深竖井基坑进行了三维数值分析,验证了小应变本构模型在超深基坑工程中的适用性。

内坑坑背系数对坑中坑基坑变形影响的敏感性分析

以苏州某地铁换乘站坑中坑为基本模型,采用土体卸载条件下的HS有限元模型,系统研究内坑坑背系数β对坑中坑基坑支护结构和基坑土体变形的影响。结果表明:外墙侧移随β增大而增大,β由0.125增大到0.75,外墙最大侧移增加34.08%,同时最大侧移位置下移了2.0 m,β对外坑底面附近以上的外墙墙身侧移影响较小,而对坑底以下侧移影响显著。内墙侧移随β增加而显著增大,β由0.125增大到0.75,内墙墙身最大侧移增加153.95%,最大侧移位置随β增大而下移,内墙墙顶竖向位移随β增大而减小。内坑坑底隆起、外坑坑底隆起随β增大而微弱减小,外坑坑背沉降总体随β增大而增大,但不同β值对应的沉降曲线相似。

先盾后井半盖挖基坑施工过程三维数值分析

为研究先盾后井与半盖挖法相结合的特殊基坑施工方法下关键结构的稳定性及变形特征,结合先盾后井半盖挖基坑工程实例,建立了三维有限元数值计算模型,对盖板和盾构管片的变形特征、盖板下内支撑内力变化的影响因素以及基坑施工对盾构管片的影响等进行了分析,并与实际监测数据进行了对比。结果表明:半盖挖基坑盖板的最大变形出现在盖板纵向中线附近,明挖侧变形量明显大于暗挖侧;盖板下内支撑内力的变化主要受支撑两端竖向位移变化的影响;半盖挖法与明挖法相比对管片的变形影响较小,灌沙回填对于抑制盾构管片的隆起变形作用明显;数值计算结果与实际监测数据吻合度较好,研究所得结论可为类似工程的设计及施工提供借鉴。

坑趾系数对粉土坑中坑支护结构内力的影响分析

采用土体卸载条件下的塑性有限元模型,以苏州某地铁换乘站坑中坑为基本模型,系统研究了坑趾系数α对粉土坑中坑基坑支护结构内力的影响。结果表明,α变化对内外坑支护结构深层部位内力影响较为显著。外墙最大正负弯矩、最大正负剪力随α增大而减小,最大正负弯矩作用位置上升,外坑第三道支撑轴力随α增大急剧减小约30%左右;内墙最大负弯矩随α增大而减小,最大正弯矩却随α增大而增大,但最大正弯矩不到最大负弯矩的1/3,最大正负弯矩位置随α增大而上升,最大正负剪力均随α增大而减小,内坑第二道支撑轴力则随α增大显著减小。坑趾系数α变化对坑中坑深层土体应力场产生影响,当α超过0.75时影响趋于减缓。

硬化土模型在无锡地区深基坑工程中的应用与分析

深基坑工程开挖规模大、深度深、应力路径复杂,土体本构模型的选取是深基坑工程数值计算和分析的关键。在对硬化土(HS)模型及模型参数进行理论分析的基础上,基于室内不同应力路径试验,确定无锡地区典型土层的HS模型参数。以三维Z_Soil软件对无锡地铁2号线车站基坑与紧邻恒隆基坑的施工过程进行数值分析,计算结果与实测数据吻合较好。研究表明,HS模型不仅能够反映土体应力、应变的非线性特性,还能够反映深基坑工程复杂的应力路径。无锡地区土质较硬,土体本构模型适合HS模型,由试验确定的HS模型参数可用于无锡地区深基坑工程的计算分析,同时也说明本文所采用数值计算方法的可靠性。