考虑扰动影响的土体小应变硬化模型参数试验研究及其在基坑工程中的应用

天然结构性土体容易受到各类施工扰动,导致土体物理力学性质改变,进而影响工程稳定、变形以及邻近环境。针对宁波两种典型土体,分别对原状土和轻、重扰动土以及重塑土开展了三轴试验及一维压缩试验,分析了扰动度对小应变硬化模型(HS-small model,简称HSS模型)主要参数的影响规律,并将其应用于宁波某基坑工程,利用Plaxis3D分析了考虑周边土体扰动影响的坑后土体水平位移变化。研究结果表明,扰动会使土体的强度及刚度参数降低。对于淤泥质黏土,轻扰动试样的参考切线模量E_(oed)^(ref)、参考割线模量E50ref及参考加卸载模量Eurref值分别降低14%、10%、2%,重扰动试样三参数分别降低43%、14%、15%,粉质黏土三参数也呈现相似降低趋势。在考虑土体扰动影响的情况下,基坑周边两个测斜孔的最大水平位移值分别增大13%、15%,更加接近实测值。研究结果可为小应变硬化模型的参数取值以及考虑扰动影响的基坑工程分析计算提供指导。

小应变硬化模型(HSS)在Rayleigh波作用下场地响应分析中的应用

为研究冲击荷载或地震作用下产生的,以Rayleigh波为主的面波对浅层地表土体动力响应特征以及数值模拟中土层阻尼的设置方法,以厦门地区浅层的素填土及粉质黏土为研究对象,采用有限元动力分析,土体本构采用小应变硬化模型(HSS),利用模型本身的滞回环特性,输入变化的小应变参数,考察HSS模型的小应变参数对场地动力响应的影响,并与土体采用摩尔-库伦模型结合Rayleigh阻尼("MC+Rayleigh阻尼")的计算结果进行对比。研究表明:当采用带有滞回环的HSS模型时,波速随初始剪切模量Gref0的增大而增大,但振幅减小,残余变形量也有所减小;小应变参数γ0.7对波的影响较小;HSS模型能够给出残余变形量,而"MC+Rayleigh阻尼"由于本构模型为理想弹塑性模型,在卸载重加载条件下表现为纯弹性行为,无法反映出卸载重加载过程中塑性应变的积累及其累积阻尼效应;但HSS模型还不能够全面反映循环加载作用下塑性体积应变的累积,因此在考虑滞回阻尼的基础上,仍然建议借助Rayleigh阻尼来更加全面地模拟土体的实际阻尼特性。

土体GHS与HSS模型选择对基坑数值分析结果的影响

为对比基坑工程土体本构模型选择对计算结果的差异,利用Plaxis软件,坑底土体分别选用小应变刚度模型(HSS)与广义土体硬化模型(GHS)进行对比分析。结果表明:基坑开挖后,坑底相邻区域第三主应力显著降低,HSS模型坑底刚度与第三主应力相关,GHS模型坑底刚度与当前平均主应力和前期应力相关,GHS模型坑底的剪切刚度E_(ur)显著大于HSS模型;在基坑开挖各阶段,采用GHS模型在基坑开挖全程都获得显著更少的隆起量。当开挖至坑底地层(开挖10 m)时,可减少45.4%的坑底隆起量极值;采用GHS模型计算的基坑底下卧盾构隧道的变形量,小于采用HSS模型计算的变形量,更加接近于工程实测值。

上海临港砂质粉土硬化土小应变模型参数研究

硬化土小应变模型(HSS模型)考虑了土体在小应变区域内刚度随应变的非线性变化,是土工数值分析中应用较为广泛的软土本构模型之一。上海地区软土的特性研究已取得了较为丰富的成果,但关于浅层砂质粉土的研究还不够全面。通过三轴固结排水剪切试验,三轴固结加卸载试验,固结试验以及共振柱试验,获得上海临港地区浅层砂质粉土的硬化土小应变本构模型的试验参数,包括土体的初始剪切模量、土体强度参数和加卸载模量等。将试验结果与已有文献的相关数据进行对比分析,试验结果可为上海地区浅层砂质粉土的深基坑工程数值分析提供参考数据,具有工程参考价值。

基于小应变硬化土模型的综合管廊抗震分析

综合管廊是城市的生命线工程,对其进行抗震分析意义重大。有限元抗震计算的核心问题之一是本构模型的选取,文章首先探讨了土体的变性特征,并在此基础上分析了小应变硬化土模型(HSS模型)对土体在动力作用下的应力应变特性的描述能力。其次分析表明该模型可以同时考虑土体加卸载模量的不同,同时也可以考虑土体剪切模量随剪切应变衰减的现象,因此在抗震分析中具有良好的适用性。最后建立了襄阳市樊西某综合管廊工程的三维有限元模型,基于小应变硬化土模型和时程分析法,对该综合管廊工程在地震作用下的响应进行了分析。

厦门地区典型地层HS-small模型小应变参数敏感性分析

小应变硬化模型(HS-small模型)是以HS模型为基础提出的一种能反应土体小应变特性的本构模型,除了包含HS模型参数外,还包含两个小应变参数和,可以反映土体在小应变状态下呈现高度的非线性、高模量等特性。为了研究小应变参数对深基坑数值分析结果的敏感性,针对厦门地区典型土层,采用HS-small模型,通过有限元模拟某深基坑工程的施工过程,开展小应变参数对地表沉降及围护墙弯矩的敏感度分析,并研究参数随基坑开挖的演化规律。结果表明:在厦门地区在深基坑数值分析中,取值对地表沉降和围护墙弯矩值的影响较大,的取值影响相对小;粉质黏土和残积砂质黏性土的小应变参数对结果起到重要的影响;前期开挖,粉质黏土起控制作用,后期开挖,残积砂质黏性土起控制作用。

地铁深基坑开挖效应土体小应变参数敏感性分析——以厦门地区为例

小应变硬化模型(HSS)可以同时考虑土体剪切硬化和压缩硬化,以及土体剪切模量在微小应变范围内随应变衰减的行为,因此在深基坑开挖数值分析中具有很好的适用性。为研究厦门地区土层HSS模型刚度参数E^(ref)_(50),G^(ref)_(0)和γ0.7对深基坑数值分析结果的敏感性,基于敏感性分析和正交试验原理,选择厦门地区典型土层残积砂质黏性土、粉质黏土和淤泥质土,以坑外地表沉降值及围护墙的最大弯矩值作为控制指标,分别进行了单一控制土层的参数敏感性研究。结果表明:要在深基坑数值分析中精确计算地表沉降和围护墙弯矩,最重要是控制好土层G^(ref)_(0)的取值,其次是E^(ref)_(50),而γ0.7的影响相对小一些;随开挖深度加深,G^(ref)_(0)对地表沉降的影响逐渐降低,E^(ref)_(50)和γ0.7的影响有所提高;E^(ref)_(50)对围护墙弯矩的影响随开挖进行有所降低,G^(ref)_(0)和γ0.7的影响则有增大趋势,其中G^(ref)_(0)相对较明显。土体小应变行为对于基坑施工效应有重要影响,在相关设计和施工中应予以重视。分析结果可为深基坑有限元分析中获得更合理的地层变形和结构内力响应提供有益参考。

HSS模型在常州轨道交通基坑工程中的应用研究

文章依托常州地铁2号线青枫公园站基坑开挖工程,利用室内土工实验获取了常州市区小应变土体硬化本构模型的土层参数,同时运用了有限元分析软件,对该深基坑的施工过程进行了数值模拟,将数值模拟获得的土体位移及支护结构变形的计算结果与现场监测成果进行对比分析,检验了常州地区小应变硬化土体模型参数的有效性,研究成果对常州地区后续的基坑工程具有一定的参照意义。

土体小应变刚度特性的试验研究

土体的小应变刚度在深基坑或隧道开挖等以变形控制为主的工程中是起决定性作用的参数.利用固结仪、应力路径三轴仪和共振柱联合测定江苏常州地区3个典型土层原状土的小应变刚度特性,得到了土体小应变硬化模型(HSS)的相关参数,包括土体的初始剪切模量、模量退化曲线、土体强度参数、加卸载模量等.分析了土体有效应力对土体小应变刚度特性的影响,并对如何选择合适的小应变模型参数提出了初步建议.

杭州富水粉砂水泥土HSS模型参数实验研究

基坑开挖数值模拟分析常采用小应变硬化模型(HSS模型)模拟土体,搅拌桩等常用基坑加固措施均涉及水泥改性土。针对杭州富水粉砂土及其水泥改性土(水泥掺量分别为8%,16%,24%),进行了标准固结实验、三轴固结排水剪切实验、三轴固结排水加卸载实验和共振柱实验等系列室内实验,获得了粉砂土及其水泥土的HSS模型参数,结果表明HSS模型中的强度和模量相关参数均随着水泥掺量的增加而增大。特别明确了粉砂土及其水泥土固结切线模量Eoed^ref、三轴切线模量E50^ref 和加载模量Eur^ref之间的比例关系,并和已有文献的相关数据进行了对比分析,证明了笔者实验结果的可靠性。

小应变模型与p-y曲线法在海上风电大直径单桩基础上的运用比较

HSS小应变硬化模型由于考虑了土体刚度的应变相关性,可以相对准确的评估不同应变状态下的地基刚度,目前已广泛运用于地下工程的设计。海上大直径单桩的桩土水平相互作用方面目前仍没有比较明确的规范计算方法。传统p-y曲线法适用于小直径桩(直径<1m),大直径单桩基础载荷作用下底部桩周土体大部分处于小应变区(<10-3),采用传统的p-y曲线法将低估土体的刚度。本文将同时使用p-y曲线法和HSS小应变硬化模型对江苏地区某海上风电单桩基础进行计算,比较位移结果和频率计算结果的差异,探究现有设计方法可能存在的优化空间。

地铁车站狭长基坑支撑异常轴力分析

【目的】研究地铁车站狭长型基坑施工过程中第一道支撑轴力过大的问题。【方法】通过土体小应变刚度硬化模型(HSS)有限元分析,对车站基坑土方的开挖方式、钢支撑安装质量差、钢支撑未及时受力等情况进行精细化模拟,分析其对第一道支撑轴力的影响。【结果】结果表明:采用盆式开挖对第一道支撑的轴力影响显著,相较分层开挖的情况增大45%,应及时安装对应位置的钢支撑;安装钢支撑的预应力未达到设计值时,会导致开挖到底时的顶层支撑轴力增大,增大幅度在10%以内,底层支撑轴力减小。【结论】在地铁车站狭长基坑开挖过程中应限制盆式超挖;温度变化对支撑轴力的影响不能忽视;安装下层钢支撑预应力达不到设计值时,会导致开挖到底时的顶部支撑轴力偏大。

模型刚度参数对基坑开挖变形的影响

通过对比基坑开挖设计中竖向弹性地基梁法与小应变土体硬化有限元模型的计算结果,分析了两种计算理论在计算围护结构变形时的差异,并通过有限元模型中的刚度改良,量化研究了参数选取对差异大小的影响。然后,通过有限元模型中刚度参数的控制影响分析,研究了各层土体对基坑最终变形的贡献率,分析了地表沉降和坑底隆起受土层刚度取值影响的差异。最后,通过土体刚度敏感性研究,对基坑模型中各位置的土层刚度参数取值方法的合理性进行了分析,并基于以上研究,对基坑开挖范围周边土体的刚度参数提出了一定修正意见。

深厚软土基坑放坡开挖结合SMW工法桩支护的数值分析

以广东中山某城市综合开发项目二层地下室基坑工程为例,开展了大面积放坡开挖结合悬臂式SMW工法桩支护形式在深厚软土基坑的应用研究。基于小应变土体硬化模型(HSS),利用三维有限元软件模拟和预测基坑的变形发展规律,研究放坡高度、被动区加固、支护桩型钢间距对基坑变形的影响,同时将现场监测结果与数值模拟结果进行对比分析。研究表明,本项目深厚软土基坑采用大面积放坡开挖结合悬臂式SMW工法桩支护的变形及内力均在合理控制范围内;基于小应变土体硬化模型(HSS)的数值模型可有效模拟和预测基坑开挖的变形,数值计算结果和现场实测结果具有较好的一致性;上部放坡开挖高度对基坑影响较大,被动区加固对基坑支护桩变形有一定影响,型钢间距从1.2 m至0.6 m对基坑变形影响较小。

大跨度公铁合建斜拉桥主塔沉井基础沉降变形分析

高速铁路桥梁基础整体沉降对桥梁线型控制至关重要,而规范中计算整体沉降的分层总和法在深大沉井基础中的适用性有待商榷。以大跨度公铁合建斜拉桥深大沉井基础为工程背景,分别采用摩尔-库仑模型(M-C)、土体硬化模型(HS)和小应变土体硬化(HSS)模型,通过有限元方法,得到了相应的基础沉降曲线。与现场监测数据对比表明,采用HSS模型得到的计算结果与实测值吻合较好。在此基础上,对后续重要施工阶段的沉降趋势进行了合理的预测。与此同时,针对该工程的深大沉井基础,对现有规范分层总和法中的沉降经验系数进行了修正,在该工程中,建议将沉降系数修正为0.13。

不同间距下相邻基坑相互影响数值分析

采用小应变硬化土（HSS）土体本构模型，建立同步开挖间距为1～8倍基坑开挖深度的相邻基坑有限元模型．考虑固渗耦合，分析不同基坑间距对坑间土堤沉降、支护桩弯矩和位移的影响．分析结果表明：相邻基坑间距小于等于4倍基坑开挖深度时，相互影响较强，需考虑相邻基坑施工引起的共同沉降，可采用有限土压力理论来对支护结构进行受力变形分析，减小桩径和配筋；间距大于4倍基坑开挖深度时，相互影响较弱，坑间土堤变形接近独立基坑，对支护结构的内力及变形影响也较小．

矩形管廊顶管施工对邻近管线的影响研究

顶管施工引起的地层移动造成邻近管线产生不均匀沉降甚至破坏,而以往研究顶管、土体与邻近管线相互作用的有限元方法大多借鉴盾构的模拟方式,未考虑土体变形受到掘进机约束以及顶推的持续扰动作用的影响,造成计算结果不准确。基于Plaxis 3D平台建立管廊、土体及邻近管线相互作用的三维有限元模型,通过土体收缩率模拟地层损失带来的影响,并结合实测数据提出了适用于顶管施工特点的土体收缩率的确定方法。在此基础上,对顶管掘进参数进行敏感性分析,总结出施工的最优掘进参数。结果表明,基于土体收缩率模拟顶管施工的计算结果与实测数据吻合良好,模拟可靠。与既有研究相比,考虑了顶管施工过程中掘进机约束作用以及顶推持续扰动的作用,这与实际工程更加接近。

紧邻铁路深厚淤泥层基坑支护对策及影响研究

沿海地区淤泥层深厚,大量基坑造成紧邻铁路位移超标,严重影响安全运营。目前类似基坑支护及影响研究尚不成熟、亟待研究。依托紧邻铁路的深厚淤泥层基坑实例,采用小应变土体硬化高级模型(HSS)进行三维数值分析,并对各施工阶段现场监测,通过理论计算、数值分析、现场监测的对比分析,得出深厚淤泥层基坑对土体及铁路影响规律、保护铁路的被动区加固等对策。结果表明:数值分析法与实际监测基本吻合,结果可靠,弹性地基梁法结果偏小;铁路沉降及垂直铁路方向位移较大,两者基本相等,由基坑中部向两侧逐渐减小,沿铁路方向位移较小;桩深层水平位移最大值位于基坑底附近,坑外地表沉降最大值位于距坑边1.5倍基坑深度附近,基坑影响范围达5倍基坑深度;对铁路侧被动区采用搅拌桩裙边加固,其他侧被动区采用搅拌桩墩式加固,减少了铁路位移及工程造价。

均质边坡在开挖过程中的变形规律研究

针对实际工作中发现有的边坡位移远远超出设计预警但仍然稳定,而有的边坡变形很小却突然失稳的现象,运用Plaxis2D软件对均质土坡作了一般性规律研究,其结论可为类似工程提供参考。

邻近地铁砂层基坑微变形动态控制及监测研究

研究目的:深厚砂层基坑开挖及降水极易造成邻近地铁位移超标,鲜见敏感高级模型数值分析及动态调整研究依托武汉某紧邻地铁的深厚砂层基坑,采用敏感环境下小应变土体硬化高级模型进行三维数值模拟,创新性地提出支撑动态调整,通过研究及监测得出土体、桥墩和桩基变形特性以及微变形控制对策研究结论:(1)结合栈桥设计加强支撑布置及刚度,可有效减小桥墩位移的40%,由8.8 mm减为5.3 mm,降至控制标准内;(2)桥墩顶相对桩基顶因转角而位移放大明显,达1.5倍,故应严控桩基变形,桩基变形在基坑底存在显著转折点;(3)桥墩最大位移处与支撑平面计算最大位移处位置相同,数值分析与实际监测基本一致;(4)应在基坑与桥墩间设嵌入隔水层的超长止水帷幕,推荐采用TRD;(5)应采取检测、抽水试验、动态监测等多重措施确保止水帷幕质量;(6)本研究成果可供富水砂层地区地铁旁类似基坑借鉴。