珠三角地区典型淤泥质土硬化土本构模型参数研究

为了探讨硬化土本构模型对珠三角地区软土地下工程数值分析的适用性,基于4种不同应力路径三轴试验,分析了本地区典型淤泥质土力学性态及其硬化土本构模型参数的变化规律。研究表明,侧向卸荷及排水条件对淤泥质土硬化土本构模型强度参数c'、φ'值以及刚度参数E_(50)^(rd)、E_(ur)^(rd)和m影响显著,但对破坏比R_(f)的影响较小。对于固结不排水侧向卸荷条件,珠三角地区典型淤泥质土硬化土本构模型主要参数为:参考割线模量E_(50)^(ref)为2.34MPa,参考切线模量E_(oed)^(ref)为1.59MPa,参考加-卸载模量E_(ur)^(ref)为11.67MPa,破坏应力比R_(f)为0.98,刚度应力水平相关幂指数m为1.84;其中:E_(50)^(ref)约为E_(ord)^(ref)的1.47倍,E_(ur)^(ref)约为E_(ord)^(ref)的7.34倍。珠三角地区某软土深基坑工程实践证明,硬化土本构模型适用于模拟该地区软土力学性态。

基于有限元分析的塑性混凝土本构模型对比研究

塑性混凝土力学性能介于混凝土与土体之间,其本构模型选择尚无统一标准。本文采用有限元方法,结合实例工程,分别采用塑性损伤和硬化土两种本构模型对塑性混凝土进行模拟,系统对比分析两种本构模型的计算差异性。结果表明,两种本构模型的计算结果规律基本一致,塑性损伤本构模型表达式简单,计算结果偏保守、安全,而硬化土体本构模型计算结果准确度更高,但模型参数测定较为复杂,后续可基于硬化土本构模型对塑性混凝土本构模型进行改进。

武汉软土小应变硬化模型参数试验研究

小应变硬化(HSS)模型考虑了土体在非常小的应变条件下刚度的高度非线性,在深基坑工程变形分析中得到广泛应用,其中如何确定土体的各个模型参数是应用该模型的关键。针对武汉软土地区,结合国内外文献中对HSS模型的研究成果,总结了HSS模型中各个参数的确定方法,并以武汉市两个软土深基坑工程为背景,利用三轴固结剪切仪和GDS动三轴仪进行了三轴固结排水剪切试验和动三轴试验研究,获得了HSS模型所需的土体强度、小应变刚度等参数。在此基础上,构建了HSS模型中各个参数的经验关系,并根据国内外学者的研究成果,结合本文室内试验的结果,提出了一套完整的武汉市软土深基坑工程HSS模型参数的获取方法。研究成果可为武汉市类似工程地质条件下的深基坑工程变形分析提供参数和技术支撑。

静压群桩挤土效应对邻近既有码头桩基影响数值分析

为研究软土地区静压群桩对周边建构筑物的不利影响,本文以浙江某近海光伏发电项目为背景,利用圆孔扩张法模拟沉桩挤土效应,基于硬化土(Hardening soil,HS)本构模型,建立了桩-土、桩-桩相互作用三维有限元模型,据此分析并探讨了沉桩顺序及遮栏效应对邻近既有桩基础的影响。结果表明,当不考虑沉桩顺序及遮拦效应时,既有桩基础最大变形为6.09 mm,桩基均处于弹性状态;当考虑沉桩顺序及遮栏效应后,群桩左侧土体位移有所减小。既有桩变形和内力均易受沉桩顺序和沉桩相对位置关系因素的影响,工程设计和施工应对沉桩顺序给予足够重视,对于本项目建议以沉桩顺序为逐排压桩顺序。

山区机场高填方边坡稳定性分析

针对山区机场建设中的高填方边坡稳定性问题,本文解决了考虑含石量的统一硬化(unified hardening,UH)模型有限元强度折减法的关键问题:强度折减参数确定、安全稳定系数判断和初始地应力平衡方法确定。应用Mohr-Coulomb模型和考虑含石量的UH模型对山区机场高填方边坡稳定性进行了有限元分析,比较分析了应用两种模型计算的边坡安全稳定系数、位移和应变,得出了机场高填方边坡的稳定性规律,说明了应用考虑含石量的UH模型进行机场高填方边坡稳定性分析的有效性。

基于隆起变形分析的基坑坑底抗隆起稳定可靠度分析

采用土体硬化(Hardening Soil)模型,在PLAXIS 2D中建立基坑开挖数值模型,在获取坑底特征点隆起变形数据的基础上构建坑底隆起变形超限失效模式对应的极限状态函数,为提高计算效率,应用响应面法代替有限元计算快速获取坑底特征点隆起变形值,结合蒙特卡罗模拟方法进行坑底抗隆起稳定性可靠度分析,分析结果表明:第三层土的卸载再加载模量E_(3)^(ur)以及有效内摩擦角φ’_(3)的变异性对坑底抗隆起稳定性影响显著;第一层土的有效黏聚力c’_(1)、有效内摩擦角φ’_(1)、割线模量E_(1)^(50)、切线模量E_(1)^(oed)以及第二层土的有效黏聚力c’_(2)的变异性对坑底抗隆起稳定性影响较小,但相对而言,第二层土的有效黏聚力c’_(2)对坑底抗隆起稳定性的影响较大;对于坑底土体为粉砂的深基坑来说,对坑内土体进行加固可以有效约束坑底隆起变形。

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。

杭州淤泥质粉质黏土小应变硬化土模型参数试验及工程应用

小应变硬化土(HSS)模型被广泛用于软土地区分析基坑开挖对周边环境的影响。淤泥质粉质黏土是一种高灵敏性土,对基坑开挖工程有很大影响。本文介绍HSS模型13个参数及其确定方法。选取杭州淤泥质粉质黏土,开展标准固结试验、三轴固结排水试验、三轴固结排水加载—卸载—再加载试验和弯曲元试验等一系列室内试验,确定杭州淤泥质粉质黏土HSS模型参数的取值及其比例关系。依托杭州2个典型工程案例,分别建立基坑开挖三维有限元模型,分析围护结构深层水平位移和支撑轴力,并对比实测数据和数值模拟结果,验证杭州淤泥质粉质黏土HSS模型参数取值合理性。该研究可为淤泥质粉质黏土地层基坑开挖数值模拟HSS模型参数取值提供参考。

紧邻基坑群坑开挖相互影响三维数值模拟

随着城市化的发展,基坑施工条件日趋复杂,特别是基坑群开挖面临着复杂的相互影响问题。本文以国内某基坑群工程为例,基于小应变硬化土(HSS)模型,采用三维数值模型对基坑群的开挖进行模拟,并结合实测数据对基坑群开挖的相互影响进行了分析。结果表明:数值模拟计算结果与实测结果趋势基本吻合,说明HSS模型适用于基坑工程的数值分析;随着相邻基坑的开挖,后开挖基坑会引起已开挖基坑周边土体产生附加沉降、支护结构产生附加变形;对于已开挖至坑底的基坑,邻近基坑的开挖相当于坑外卸土,会引起先挖开基坑的支护结构产生向后开挖基坑方向的附加侧向变形。因此,群坑基坑设计中,考虑群坑之间的相互影响是必要的。

江苏大丰海域海洋土HSS模型主要参数试验研究

小应变硬化土(hardening soil with small strain stiffness,HSS)模型能反映土体在小应变范围内的非线性,广泛应用于土工变形分析。海上风电基础对变形控制要求高,需考虑土体的小应变特性。通过固结试验、三轴固结排水试验、三轴固结排水加卸载试验与共振柱试验,获得了江苏大丰海域海洋土HSS模型主要参数,并建立了HSS模型相关模量参数与土体物理参数之间的关系。试验成果可为海洋土HSS模型分析及参数取值提供重要参考,具有一定的工程价值。

基坑开挖对邻近桩筏基础数值分析

文中结合某地铁基坑开挖工程实例,利用Plaxis2D软件,土体采用土体硬化模型的,对基坑开挖过程中不同工况下围护桩变形及其对邻近桩筏基础的影响进行数值模拟,计算结果表明,围护桩水平位移沿深度变化形态与支撑密切相关,拆撑顶板时为最不利工况,建筑桩基最大水平位移为14.7 mm,应加强对建筑桩基的施工监测,为同类工程提供参考依据。

格形地连墙结构在紧邻民房建筑边坡支护中的应用

采用PLAXIS 3D-HSS模型,考虑土体的小应变刚度特性,分析格形地连墙支护结构在紧邻民房建筑边坡支护的应用过程中支护结构及周边建筑物的变形情况,并将理论分析结果与变形实测数据进行对比。分析结果显示,数值模型计算结果与实际监测数据较为吻合,真实地反映了边坡在开挖过程中对紧邻民房建筑的影响情况;研究成果可为支护高度大且坡顶存在对变形和沉降敏感的建(构)筑物等类似环境条件下的边坡支护工程提供了一定的参考价值。

统一硬化本构在海上风电大直径单桩桩-土分析中的应用

[目的]文章旨在推动海上风电基础的优化设计,将理论更加完善,模拟结果更加符合实际的高级岩土本构模型推广至实际工程应用。[方法]首先介绍了一种高级本构模型:UH模型(Unified Hardening model,统一硬化本构模型)的理论框架,随后对其进行了面向实际工程应用需求的修正,最后将修正后的模型应用在大直径单桩桩-土分析中,并对结果进行了宏观和单元层面的分析以验证其有效性与实用性。[结果]经过修正和验证,得到了适用于实际工程问题的UH_G0模型。该模型将原始UH模型中的参数“初始孔隙比”替换为“超固结比”;并引入Andersen经验公式,将剪切模量与本构参数κ解耦,显著提升了原始UH模型的初始剪切刚度,使得UH模型对变形(刚度)敏感的边值问题具有适用性。[结论]UH模型作为理论框架清晰,参数物理意义明确的高级本构模型具有较好的实际工程应用潜力。研究进行的面向工程设计需求的两项修正是必要的,二者分别提高了UH模型实际应用于边值问题的便捷性和初始刚度计算的准确性。修正后的UH_G0模型在有限元模拟过程中表现出对实际工程问题良好的有效性与实用性。

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。

硬化土模型在OpenSees中的实现

为了更好地描述不同岩土的力学行为,将硬化土模型集成于OpenSees中,从刚度参数、屈服函数及塑性势函数3个方面概述了硬化土本构模型理论。基于模型理论,根据隐式积分算法推导出硬化土模型的有限元算法格式并给出实现流程,该算法考虑了屈服面交汇处角区域应力更新问题。结合程序流程和OpenSees接口,将模型在软件中进行了实现,并从理论解及试验对比验证了模型开发的正确性。结果表明:算法推导及程序实现正确。硬化土模型在OpenSees中的实现,弥补了OpenSees三维岩土材料的不足,扩大了OpenSees的应用范围。

堤坝软土碎石桩复合地基计算参数研究

目前确定碎石桩复合地基参数时,工程界常采用碎石与原状土参数按平面面积占比叠加的简化方法进行计算,对其适用条件较少关注。以卢旺达那巴龙格河二号水电站高土石坝深厚覆盖层软弱地基处理项目为背景,基于PLAXIS有限元平台,对不同面积置换率下含碎石芯软黏土复合试样进行三轴固结排水试验数值模拟,经室内三轴试验验证了数值模拟方案的合理性。对软土碎石桩复合地基的桩-土作用机制和土体硬化模型计算参数进行研究,将所获参数应用于坝基的变形分析,并与传统参数叠加法和碎石桩墙法进行对比。结果表明:采用数值复合试样法确定的土石坝软土碎石桩复合地基参数是合理的,在计算复合地基沉降时误差小;传统参数叠加法低估了软土碎石桩复合地基的沉降,仅适用于低应力水平、高面积置换率的情况,并且会高估复合地基的强度参数。采用数值复合试样法参数对坝基变形的二维有限元分析表明,根据坝体高度不同采取不同置换率的碎石桩分区加固地基的优化方案是可行的。

湖相沉积典型软土HSS模型参数取值研究

数值分析被广泛用于研究复杂环境下深基坑开挖变形,但本构模型及模型参数选择对计算结果合理性影响较大。比较分析多种本构模型的特点,硬化土小应变(HSS)本构模型能很好对软土场地基坑开挖引起的变形进行预测,但HSS模型参数多且取值困难。湖相沉积软土在昆明分布范围广,但针对此类土,特别是有机质含量及含水率较高的泥炭质土的HSS模型参数如何取值无相关研究。针对这些问题,对大量土工试验及取原状样进行室内试验资料进行分析,研究得到几个刚度参数间的经验取值关系,获得湖相沉积典型软土层的HSS模型参数。为检验HSS模型及相关参数取值的合理性,运用PLAXIS 2D数值分析软件,对软土场地的两个地铁基坑建立数值模型,计算在不同开挖工况下引起的基坑变形,并与实际变形监测值进行对比分析,两变形吻合较好,从而验证研究结果是合理可靠的,且研究结果对于深基坑支护设计、岩土工程研究及勘察等具有重要的参考价值。

黄河冲积粉土地区深基坑变形三维有限元分析

依托黄河流域冲积粉土地区深基坑工程,采用大型岩土工程有限元软件PLAXIS 3D建立了深基坑三维有限元模型,土体采用硬化土本构模型,分析了基坑开挖对围护结构及周边环境变形的影响,研究了围护桩嵌固深度及地下水位对基坑围护结构变形的影响。结果表明:采用硬化土本构模型能较好地预测黄河流域冲积粉土围护结构的变形和周边沉降;随围护桩嵌固深度增大,基坑围护结构水平位移减小,但减小的幅度也越来越小;考虑降水的基坑围护结构水平位移远小于不考虑降水情况,应做好降水措施,防止围护结构变形过大。

小应变硬化土本构模型在FLAC3D中的开发及应用

为了准确模拟岩土介质的加/卸载力学特征,引入了硬化土及小应变本构模型.从屈服函数、硬化规律、塑性势函数、流动法则及小应变刚度方面介绍了程序的开发流程,利用VC++语言编译了动态链接库,实现了在FLAC3D 3.0中的加载和调用.通过与小应变模型开发经典案例的试验结果对比,验证了小应变硬化土模型的合理性.以上海绿洲中环中心深基坑工程为例,分别采用硬化土本构模型、小应变模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型进行对比研究,硬化土及小应变模型的应力、变形分析结果与实际监测数据更为接近.研究结果可以为变形控制为主的大型地下工程开发提供可靠的岩土力学分析方法.

地铁深基坑硬化土模型参数敏感性研究

目的:基坑工程数值计算中参数取不准一直是困扰工程界和学术界的关键技术问题。基坑工程土体参数敏感性研究可为数值模拟分析参数取值提供重要依据。方法:依托济南地铁黄河隧道南岸工作井基坑工程,利用有限差分数值的FLAC 3D软件,建立工作井基坑三维数值计算网格,结合现场工程设计和施工方案逐层开挖计算,分析了基坑开挖地下连续墙深层水平位移、地面沉降和支撑轴力的H-S(硬化土)模型参数效应。将水平位移、地面沉降和支撑轴力计算结果与实测值进行了对比。结果及结论:基坑开挖后对地下连续墙深层水平位移和地面沉降敏感程度大的主要影响参数从大到小依次为:内摩擦角φ,固结系数K nc,弹性模量指数E m,卸载刚度E ur,50。支撑轴力敏感程度大的主要影响参数从大到小依次为:固结系数K nc,割线刚度E ref,50,弹性模量指数E m,卸载刚度E ur,50,内摩擦角φ。并以此为基础,反演济南地铁黄河隧道南岸工作井基坑工程关键参数,最终反演预测结果与实际监测结果基本一致。研究成果以期为H-S模型在基坑数值模拟分析中的应用提供借鉴和参考。