考虑开挖卸荷影响的基坑变形特性研究

摘要

基坑工程具有明显的开挖卸荷特点。明确土体在开挖卸荷条件下的受力变形特性有助于更好地对基坑工程进行模拟分析和设计计算，从而可以做到优化设计并确保基坑开挖施工的安全稳定。本文以实际工程为依托，现场取薄壁原状土样进行开挖土体三轴卸荷试验，并结合数值模拟和基坑现场实测变形分析，对考虑卸荷影响的基坑变形特性展开了相关研究。
　　本文的主要研究工作和成果如下:
　　(1)首先对工程场地两个不同深度土体的基本物理特性和压缩-回弹特性进行了分析;然后考虑基坑工程中的实际应力状态，利用GDS三轴仪开展了原状土体的三轴卸荷试验，同时进行了常规三轴加载的对比试验。比较了两种剪切路径下土体的应力-应变关系和孔隙水压力变化规律，探讨了不同剪切方式对有效应力路径的影响，并给出了加/卸载条件下的初始切线模量。
　　(2)基于数值模拟分析中模量的敏感性分析成果，通过一维固结试验和三轴剪切试验确定了土体硬化模型中对变形计算影响较大的两个主要计算参数:参考切线模量和参考割线模量。同时，研究了卸荷应力路径对割线模量的影响，得出侧向卸荷条件下的割线模量大于轴向加荷条件下的割线模量，并分别建立了加载和卸荷两种情况下割线模量、压缩模量、切线模量之间的定量关系。
　　(3)基于基坑现场变形监测数据，分析了基坑围护结构变形以及地表沉降特性;汇总了文献中33个基坑案例，给出了水泥土重力式挡墙围护结构最大侧移值范围(0.24％H～2.22％H)及平均值(0.89％H)，通过与本文案例的对比分析，评价了基坑支护的实施效果。最后，通过将有限元计算结果与实测结果进行对比，明确了采用常规加载情况下土体变形参数的数值模拟结果会明显高估开挖引起的变形量，而选用考虑基坑开挖卸荷效应的刚度参数所得预测结果与实测值更为接近。

目录

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摘要

图表目录

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土体卸荷应力路径试验研究

1．2．2 基坑变形特性研究

1．3 论文研究内容及技术路线

1．3．2 技术路线

第二章 基坑土体侧向卸荷应力路径试验研究

2．1 概述

2．2 试验土体物理力学特性

2．2．1 土样的基本物理指标

2．2．2 试验土样压缩-回弹特性

2．3 侧向卸荷三轴试验方案

2．3．1 试验应力路径的选择

2．3．2 试验方案

2．4 试验结果汇总与分析

2．4．1 不同应力路径下土体的应力-应变曲线

2．4．2 不同应力路径下土体孔压特性

2．4．3 总应力路径与有效应力路径

2．4．4 不同应力路径下的初始切线模量

2．5 本章小结

第三章 基坑开挖数值模拟分析

3．1 概述

3．2 有限元程序简介

3．2．1 PLAXIS介绍

3．2．2 本构模型的选择

3．3 模量参数变化对开挖变形的敏感性分析

3．3．1 算例模型

3．3．2 计算结果比较

3．4 土体硬化模型刚度参数的确定

3．4．1 参考切线模量的试验研究

3．4．2 参考割线模量的试验研究

3．5 有限元模型的建立与计算

3．5．1 工程概况

3．5．2 几何模型

3．5．3 模型参数的确定

3．5．4 有限元计算结果分析

3．6 本章小结

第四章 基坑实测变形分析

4．1 概述

4．2 基坑监测方案

4．2．1 监测内容

4．2．2 监测频率

4．3 基坑实测特性分析

4．3．1 围护结构水平位移

4．3．2 桩顶及地表沉降

4．3．3 与有限元计算结果的比较

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢