基坑开挖过程中诱发的土体超固结特性研究

摘要

随着城市建设的发展，基坑开挖引起的环境效应问题日益显著，研究基坑开挖土体变形特性对于准确估算基坑变形及采取有效控制措施具有重要意义。软土地区基坑施工通常采用分层降水与开挖，基坑降水开挖使得基坑坑底土体经历反复加荷和卸荷，坑底土体产生超固结效应，对坑底土体的变形及力学特性产生影响。本文采用室内试验和数值模拟相结合的方法对基坑开挖不同阶段、不同深度土体的超固结效应进行研究。
　　本文采用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透仪模拟基坑分层降水与开挖对坑底以下不同深度土体的影响进行研究，并在应力路径试验之后进行不排水剪切试验。试验结果表明:基坑降水开挖对土体变形的影响随土体深度的增加而减小，本研究针对的工程案例条件下基坑开挖的影响深度约为坑深2.2倍。对于降水路径，第一个降水步产生沉降随着土体深度的增加而减小，表明随深度增加变形模量逐渐增大;变形模量的增大可能与基坑降水引起的欠固结效应有关。对于开挖路径，总回弹值随着土体深度的增加而减小，表明随深度增加变形模量逐渐增大;随着基坑开挖的进行土体变形模量不断减小，土体变形模量的变化与基坑开挖诱发的超固结效应有关，对变形模量和超固结比进行分析可得基坑开挖步的土体变形模量E与1/(OCR-1)之间近似呈线性关系。同时，不排水剪切试验得到的应力-应变关系曲线呈现应变软化特性，体现了基坑开挖过程中诱发的土体超固结效应。基于超固结特性对于坑底土体变形模量的影响，采用PLAXIS软件模拟基坑开挖过程，分析基坑开挖过程中坑底土体、地连墙以及周围地层变形规律，结果表明土体变形模量的减小会使得土体基坑变形显著增大，变形形式也发生变化，在研究基坑变形时有必要考虑基坑开挖过程中诱发的土体超固结特性的影响。
　　基坑开挖过程中诱发的土体超固结效应对土体变形特性产生影响，使得基坑土体及围护结构的变形规律与不考虑超固结效应影响时存在明显差异，在估算基坑变形及制定变形控制措施时，需要考虑基坑开挖过程中不同深度土体超固结特性的动态变化过程，研究基坑不同位置、不同开挖阶段变形随超固结效应的动态变化规律。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基坑开挖室内试验研究现状

1．2．2 基坑开挖数值模拟研究现状

1．2．3 基坑开挖影响深度研究现状

1．2．4 基坑开挖引起的超固结特性研究现状

1．3 本文的研究内容

第二章 基坑工程现场土体的土工试验及参数分析

2．1 工程背景

2．2 土工试验

2．2．1 密度试验

2．2．2 含水率试验

2．2．3 三轴压缩试验

2．2．4 固结试验

2．2．5 直剪试验

2．2．6 土工试验参数汇总

2．3 本章小结

第三章 基坑降水开挖对坑底不同深度土体影响的三轴试验模拟

3．1 引言

3．1．1 基坑施工一般过程

3．1．2 室内试验研究现状

3．1．3 基坑土体应力路径分析

3．2 三轴试验方法

3．2．1 试验仪器简介

3．2．2 试验方案制定

3．3 试验结果分析

3．3．1 不同深度土体的轴向变形

3．3．2 不同深度土体的变形模量

3．3．3 不同深度土体超固结比及其与变形模量的关系

3．3．4 不固结不排水剪切试验结果

3．4 本章小结

第四章 基坑降水开挖对基坑变形影响的数值模拟分析

4．1 有限元法简介

4．1．1 有限元法建模理论

4．1．2 PLAXIS软件主要特点

4．1．3 常用本构模型

4．2 基坑降水开挖数值模拟

4．3 数值模拟结果分析

4．3．1 基坑坑底土体变形

4．3．2 基坑围护结构变形

4．3．3 基坑周围地表沉降

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 今后研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢