基坑开挖卸荷土体变形的试验研究

对武汉地区某深基坑工程的20个粉质粘土原状饱和试样在K0状态下进行不排水卸荷试验,对其应力-应变关系进行分析研究。研究的目的在于了解该种土在卸荷条件下试验应力-应变的变化规律,探索弹性模量方程的形式。研究结果表明：卸荷条件下该土的试验应力-应变曲线仍可用双曲线形式模拟,且与常规三轴压缩试验应力-应变曲线相似,它们之间可用一个常量来表达,而其弹性模量表达式却有各自不同的形式。     

基坑土体侧向卸荷真三轴试验研究

对武汉地区具有代表性的粉质粘土,用基坑开挖过程中坑周土体的应力路径在真三轴上进行模拟试验,得到平面应变条件下固结不排水卸荷试验结果,将其整理成应力-应变关系曲线、孔隙水压力-竖向应变关系曲线、中主应力系数-竖向应变关系曲线和卸荷试验应力路径图。试验结果表明,竖向( )压力不变,侧向( )卸荷时,其应力-应变关系随固结压力的增加,由应变硬化型向应变软化型转化;固结压力较低时,表现为剪胀,固结压力较高时,表现为先剪缩,后剪胀;当中主应力( )始终大于但接近于侧向压力( ),按所定义的中主应力系数bd值较稳定;有效应力路径随固结压力增大产生偏转。这些结论为进一步研究粘性土中主应力的作用奠定了基础。     

考虑初始应力的坑侧土体真三轴试验研究

针对基坑开挖过程中坑侧土体的应力路径,采用真三轴仪进行考虑初始应力状态下侧向卸荷试验,并与常规三轴试验以及轴向加荷真三轴试验结果进行对比分析,结果表明： 曲线类似于常规三轴剪切试验的 曲线,呈双曲线关系;由于中主应力的影响,土体的初始强度得到提高,真三轴加荷试验初始切线斜率总是大于常规三轴试验的初始斜率;在侧向卸荷的条件下,土体可以在相对小的应变下发生破坏,加荷路径下破坏,土体应力强度要大于卸荷路径。     

基于离散元数值模拟的应变分析和裂缝预测技术

应变分析与裂缝预测技术在地学领域具有重要应用意义。离散元方法虽然能有效分析含有大量间断的问题,但目前在地学领域应用较少。文中尝试使用离散元方法表示符合实际性质的岩石,模拟水平挤压环境下滑脱构造的形成过程,并对变形过程中的应变分布变化与裂缝生成规律进行了分析。结果表明:在挤压环境的滑脱构造中,裂缝产生的高峰期先于断层明显活动期,局部区域内聚集的大量裂缝是产生断层的诱因;已经出现明显活动的断层中产生的裂缝较少。裂缝集中区域和应变集中区域相互重叠,裂缝越发育则应变越强烈。受同一个断层影响的裂缝首先在断面上集中出现,随后产生在断面周边区域;在受断层影响的范围内,裂缝距离断面越远则形成时间越晚。该成果还表明离散元方法在应变分析与裂缝预测研究中具有巨大潜力。     

平面应变下结构性对黄土基坑稳定性的影响

鉴于以往很少考虑黄土结构性对基坑开挖的影响,针对目前普遍存在的基坑稳定性问题,开展室内平面应变条件下的真三轴试验,建立黄土结构性与强度之间关系,通过FISH语言将其引入到基坑开挖数值模拟中,分析结构性对基坑开挖的影响。研究表明,结构性参数与强度指标的变化规律与以往研究结果基本一致,表现为结构性参数与黏聚力呈双曲线关系,但参数略有不同,其受摩擦角的影响较小;结构性影响下基坑侧壁出现明显滑带,且此时连续墙的侧向位移大于不考虑其影响时的位移,坑底隆起量亦如此。研究结果对黄土基坑工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

上海地区基坑开挖卸荷土体回弹变形试验研究

通过对上海地区某基坑工程坑底不同深度土样进行一系列K0固结不排水三轴卸荷试验,对上海地区不同深度土层随基坑开挖卸荷变形性状进行研究。研究不同深度的不同土层在两种典型卸荷应力路径下的变形特性,分析了回弹率及回弹模量与卸荷比的变化关系。结果表明,软土的初始卸荷模量Ei及最大回弹率 不仅取决于土层性质,还与所经历的不同卸荷应力路径、预压最大荷载等有关,且不同卸荷路径下土体发生强回弹变形的极限卸荷比亦不同     

基坑垮塌的离散元模拟及冗余度分析

目前基于构件设计的基坑设计理论使得很多支护体系缺乏必要的冗余度,并导致了众多基坑事故。将离散元方法引入到基坑垮塌模拟和冗余度研究中,提出了基于局部破坏的冗余度分析模拟方法。进而以探究支撑端部连接对支护结构冗余度的影响为例,对两种连接情况的基坑的破坏过程进行了模拟,对其中的连续破坏现象进行了分析,并将模拟结果与实际工程进行了对比。结果表明,支护体系冗余度的提高可以有效地抵抗连续破坏的发生,防止基坑在局部损伤情况下,由一种形式的破坏引发其他形式的破坏,由局部破坏导致整体崩溃。另外,模拟结果也验证了离散元法在基坑破坏模拟中的适用性与可行性,为类似地下工程的破坏模拟和基坑冗余度的深入研究提供了参考。     

排水条件下卸荷土体变形特性的真三轴试验研究

在真三轴仪上模拟基坑开挖周边土体的应力路径,进行了排水与不排水两种卸荷试验,通过对试验结果的对比分析可知,土体在不同排水条件下应力-应变关系有着显著的差异,说明排水条件对土体的变形性状有一定的影响。进一步研究了排水条件下卸荷土体广义剪应力与广义剪应变的关系,证明土体广义剪应力与广义剪应变关系曲线呈明显的非线性,并根据土体实际应力路径定义了中主应力系数,推导出了土体卸荷剪切模量计算公式。     

均匀离散分布的平面应变过程和Fry法应变测量

本文运用 Apple Macitonsh 计算机对无应变的均匀离散点分布进行系列平面应变模拟,应变叠加模式分别采用具普遍意义的成岩压实+顺层缩短(LPS)+压溶作用和成岩压实+简单剪切+压溶作用。对各应变阶段的变形点分布进行相应的 Fry 法应变测量,并配合低变形砂岩样品的 Fry 法应变分析实例.证实 Fry 法应变测量方法为一非常有用的应变测量方法,其结果不仅能较好地揭示全岩总应变特征,而且能揭示出许多应变叠加的信息,Fry 法揭示的全岩有限应变椭球主面的方位也较为真实可靠。而 Fry 法运用于应变分布不均匀的劈理化岩石中时,能揭示不同变形域的应变特征,从而达到应变分解的目的。     

平面旋转坡体形成的离散元仿真模拟研究

本文采用离散单元法对平面旋转坡体的形成进行模拟 ,应用二维代替三维计算。研究了平面旋转坡体的变形特点与位移的特殊性 ,其分析结果与实测的实际观测较为吻合。本研究不仅说明平面旋转坡体的客观存在 ,而且也为这类变形斜坡的稳定性分析提出了新的要求     

开挖卸荷状态下深基坑变形特性研究

深基坑开挖时因为卸荷作用会引起土体强度一定程度的降低,土体强度的降低会引起支护结构上土压力的变化,利用卸荷前土体强度指标进行土压力计算势必会小于实际情况,从而导致土体及支护结构变形计算值与实测值有一定的偏差。在深基坑开挖时,仅采用施工监测等手段进行事中控制是不够的,必须预先对变形值的发展规律做出模拟和预测。为探索深基坑开挖时,卸荷作用对基底土体和侧向土体强度特性和变形特性的影响规律,结合天津富力响锣湾大型基坑开挖,对开挖过程中土体基底回弹情况、支护结构以及周边土体的变形情况进行了全过程监测,利用试验结果数据计算出天津市富力响锣湾大型基坑开挖项目的卸荷强度参数,为后续数值模拟计算参数的选取提供了依据;利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,分别采用原状土的强度参数和卸荷参数对开挖过程中土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形情况进行了模拟,研究了两种情况下土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形规律,并将有限元模拟结果与监测结果进行了对比。研究发现,本工程土体卸荷后的扰动区在基底以下3～4 m范围,强度折减可达到20%～35%,根据卸荷比确定了周边土体强度折减为10%～15%;有限元模拟结果与实测值基本一致。通过分析可以看到,考虑基坑开挖卸荷作用是符合工程实际情况的,因此,建议在深基坑开挖设计时考虑土体的卸荷效应。该分析方法可为同类深基坑设计提供参考。     

深基坑开挖对临近地铁车站基坑影响的有限元计算分析

城市地下空间的发展,经常会碰到在地铁工程周边进行地下工程施工的难题.地铁周边深基坑开挖将对地铁工程产生影响,因此在设计阶段应采用合理的设计方案并对之进行有效地分析.本文结合工程实例,建立有限元计算模型,分析了深基坑开挖对邻近地铁车站基坑变形的影响,为今后地铁周边深基坑开挖提供参考.     

小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析

针对小湾拱坝坝基开挖中出现的卸荷松弛问题,采用三维非线性有限元法对卸荷松弛效应进行了评价。通过松弛方案与未松弛方案计算,对小湾拱坝的应力和位移、屈服区分布以及坝基浅部关键截面的抗剪安全度、点安全度等方面进行了比较分析。研究结果表明,建基面地基松弛后,主要影响低高程局部区域的变形和应力,对拱坝整体变形和应力分布的影响很小;地基松弛后,拱冠梁建基面（953 m高程）坝踵处第一主应力有所增大,坝趾处第三主应力有所减小;拱冠处梁的作用减弱,拱冠梁处距坝踵20 m范围的点安全系数也略有降低;原设计方案在未松弛情况下基本可以满足《混凝土拱坝设计规范》关于建基面抗剪（断）安全系数的要求;坝基松弛后,抗剪（断）安全系数降低明显,与规范规定的要求相差较大,需采取适当的工程措施。该研究成果已为设计决策提供了依据。     

月壤双轴试验的剪切带离散元数值分析

土体的破坏问题一般都是从其剪切带入手进行研究的。针对真实月壤所处的环境（无水、低重力场、低气压等）和内摩擦角较大的特点,采用最近提出的1种考虑粒间抗转动作用与粒间范德华力2个因素的月壤散粒体力学接触模型,用离散单元法模拟了柔性边界条件下月球环境（含范德华力）与地球环境（不含范德华力）2种试样的双轴压缩试验,通过试样局部变形、速度场、孔隙比及转动场的变化情况研究了2种试样剪切带形成与发展。研究结果表明,剪切带的形成是试样内部应变局部化的结果,同时也伴随着试样内部颗粒相对转动的局部化,月面环境对试样的破坏形式与性状（剪切带的倾角及厚度）有显著的影响,探月工程中必须考虑到月面环境对月壤力学性质的影响。     

开挖卸荷对下卧初支隧道的纵向变形的影响研究

结合目前已有的分析方法,对下卧初支隧道的纵向变形进行了施工前的预测,并获得了不同的结果。但现场的监控量测证明了开挖卸荷导致下卧既有初支隧道的纵向变形出现了不同的时空分布规律,并印证了时空效应对下卧初支隧道纵向变形的影响是不容忽视的。基坑开挖卸荷的速度和方式是直接影响既有隧道纵向变形的关键因素之一。通过对下卧隧道纵向变形的实测数据分析研究,总结了实例工程的经验和教训,为今后的类似工程提供了参考。     

新型卧式土工平面应变仪研制

平面应变仪是一种开发较早但至今尚不完善的一种土工试验仪器,随着国家基础设施建设的发展,平面应变试验及试验方法在许多领域得以应用,显示出了平面应变试验在工程设计和研究中的重要性。通过回顾国内外平面应变仪的发展,提出了开发一种新型的土工平面应变三轴仪的思路,以实现更科学、更精确地进行复杂应力加载条件下土平面应变试验的研究。以此为目的,从压力室结构、加载系统及控制量测系统等方面提出了相应的改善措施,开发了一种新型的土工平面三轴仪。并通过重塑黄土的平面应变试验及改进的真三轴仪平面应变试验对比、以及平面应变试验强度参数与常规三轴试验强度参数对比分析,验证了所研制的新型卧式土工平面应变仪的合理性和研制思路的正确性。最后,通过对该平面应变仪应变试验的黄土破坏特性与改进真三轴平面应变试验的黄土破坏特征的对比分析,验证了本文所开发的平面应变仪在描述土体应变局部化问题的合理性。