基于Melan解的水平基床系数分析方法及工程运用

弹性地基法具有概念清晰、过程简单等优点在深基坑设计中广为运用,合理选择土体水平基床系数是弹性地基法的关键因素。以往地基水平基床系数多依靠于经验取值,一些学者也曾经尝试采用mindlin解等一些经典的弹性解来确定地基水平基床系数,但在参数的取值以及边界条件的确定方面均存在问题。根据反对称问题的特点,很好地解决了基坑开挖后的边界条件问题,使之符合弹性半空间理论,同时采用考虑应力状态和应力水平的土体参数,使得参数的选取更加符合实际情况。结合理论分析结果与应力路径试验结果,得到了与模量相关的水平基床系数计算方法。将计算得到的水平基床系数运用到杭州市地铁一号线试验段深基坑开挖工程中,并与实测结果进行比较,验证了计算方法的正确性,为杭州地铁后期设计计算、开挖施工提供了理论依据。该方法与传统弹性地基法相比,水平基床系数的取值有明确的计算方法,与连续介质有限元法相比,参数简单、计算简便、概念明确。

基于Melan解的地下连续墙结构分析方法

针对深基坑支护的多支撑地下连续墙结构,考虑分步开挖和支撑对墙体的内力和位移以及支撑反力的影响,提出以弹性地基梁为基础的矩阵位移法。在求解矩阵位移法的过程中,确定土体的水平基床系数成为分析地下连续墙变形和内力的关键。Melan给出半无限大弹性空间内部线性荷载作用下的应力和位移解,在Melan解的基础上,通过对其应力解进行积分处理,并结合平面应变问题的物理方程和几何方程,得到条形荷载作用下的位移解,进而得到水平基床系数。将Melan解的矩阵位移法运用到工程实例中,并将实测结果与计算结果进行比较,验证了其可行性和正确性,可为同类工程结构设计提供理论基础。

基于Melan解的地基变形计算分析研究

目前关于作用在土体内部的荷载引起的地基变形研究相对较少,文章为进一步研究地基变形,在由Melan应力解推导Melan位移解的基础上,考虑了竖向荷载作用下Melan位移解的镜面对称性,结合弹性力学几何方程,确定了位移解中的待定函数,推导出作用在土体内部的竖向荷载下的地基变形解析解,且使得解析解在距离荷载作用点一定范围内收敛,并与有限元计算结果进行对比分析验证了解析解的正确性。

集中力作用在弹性半无限平面内的Melan解研究

针对长条形基坑开挖的变形问题,通过对Melan给出的集中力作用在弹性半无限平面内应力解的研究,发现其不满足弹性力学相容方程。对此,利用弹性力学中平衡方程、应力几何方程结合位移边界条件,给出了集中力作用在弹性半无限平面内应力修正解,推导出相应的位移解,并利用有限元ABAQUS计算结果验证位移解的正确性,同时说明了应力修正解的正确性。

风化岩层中考虑拉压模量转换的基坑变形计算

针对风化岩层的不同模量以及与位移有关岩土压力,研究基坑工程岩土体变形计算问题。考虑到风化岩体的拉压不同模量,结合平面应变的物理方程和几何方程,建立平面应变问题的本构方程;基于Melan解,考虑不同模量问题与岩土压力和位移的关系,得到一种能够充分考虑基坑宽度、开挖深度、围护结构埋深以及岩土体应力状态的位移解析解,并将所得的理论计算结果应用于工程实际中,验证该计算方法的可行性和实用性。研究结果表明:随着岩土体拉压模量差值的增大岩土体变形越大,初始位移值与岩土体位移成正比。结果可为基坑工程围护结构的设计计算提供理论依据。

考虑应力路径基坑变形计算及支护性能研究

基于半无限大弹性空间在条形荷载作用下应力的Melan解,首先根据基坑开挖过程应力状态的变化,建立基坑开挖问题的平面力学分析模型。利用Duncan-Chang曲线模型中的参数计算方法,推导加载和卸载模量公式,进而结合平面应变问题的物理方程和几何方程,建立平面应变问题的本构方程,得到基坑开挖后土体位移计算方法。然后建立土压力与支护结构位移的正弦和幂函数关系曲线,提出土压力计算方法。最后将理论成果应用于工程实践,将土体位移和土压力的理论值与实测数据进行对比分析。研究结果表明:该计算模型得到的基坑变形位移与实测结果吻合较好,验证了土压力与位移计算方法的合理性,同时由监测数据得到锚索预应力随时间的三阶段变化趋势,以及深层水平位移和坡顶竖向位移的匙形分布特点。

水平线荷载作用下基坑周围土体的位移计算方法研究

为研究在基坑开挖周围土体的变形情况,文章在Melan应力解的基础上,结合弹性力学物理方程和几何方程推导出水平线荷载作用下弹性半无限平面内的位移解。根据实际工程位移变化规律提出相应假定,求解待定常数。利用所推导的公式计算土体内各点的位移,将其绘制成位移曲线与有限元ABAQUS的模拟结果进行对比。结果表明,所推导的位移解能较好地描述土体的变形规律。