軟土應力各向異性及其對深基坑開挖性狀的影響研究.pdf

1、深基坑開挖不僅要保證基坑本身的安全與穩(wěn)定，而且還要有效地控制基坑周圍地層移動以達到保護周圍環(huán)境的目的，尤其是在地基土質(zhì)較差的城市內(nèi)進行基坑開挖施工時，經(jīng)常引起基坑周圍土體較大的變形，從而影響基坑周圍的建筑物、公共設施、道路、鐵路、管線、機器設備等的正常使用，甚至危及安全，造成破壞。因此，準確地預測由于基坑開挖而引起的土體移動，不僅是基坑開挖支護系統(tǒng)設計的一個重要組成部分，而且也是評估由于基坑開挖對周圍環(huán)境影響程度的一個重要指標。

2、 然而，在通常所使用的有限元進行基坑開挖的計算分析中，一般都沒有考慮土體的應力各向異性，或者考慮了土體的應力各向異性但所使用的本構模型過于復雜，不便于工程界接受；而各向異性對土體的破壞和變形有著重要的影響(Yang，1997)。而且，在基坑的開挖過程中，土體單元都要經(jīng)歷主應力幅值改變的同時也伴隨著主應力軸方向的旋轉(zhuǎn)變化，土體的不排水抗剪強度和變形等對大主應力的方向有著強烈的依賴作用，如果將已改變應力狀態(tài)土體的強度等同于未改變應力狀態(tài)土體

3、的強度，對于土體的塑性屈服來說，與實際的屈服強度之間存在著差異，影響著土體的塑性變形量的大小。為了更加準確地預測基坑開挖后的變形性狀，必須考慮上述因素?；诖?，本文在前人研究的基礎上，探討了土體的初始各向異性以及應力誘發(fā)各向異性對基坑開挖變形的影響，取得了如下研究成果： 1、利用魏星(2005)提出的各向異性彈塑性本構模型，分析了具有初始各向異性土樣在等向固結(jié)三軸壓縮和拉伸試驗中的變形特性。 為了將上述各向異性本構關系應

4、用到工程實踐中，并且便于工程界接受，在上述各向異性邊界面本構模型的基礎上，根據(jù)三軸試驗的不排水應力路徑，推導了軟粘土不排水三軸壓縮和拉伸的各向異性強度公式，該表達式可以綜合考慮土的應力歷史以及初始固結(jié)狀態(tài)對強度的影響。同時，結(jié)合室內(nèi)試驗，確定了上海典型軟粘土K<,0>固結(jié)條件下拉伸與壓縮不排水抗剪強度的比值。 對于在不排水條件下的彈塑性分析，本文考慮了能夠反映土體初始各向異性和由于土體單元主應力軸的旋轉(zhuǎn)引起土體強度的應力誘發(fā)各向

5、異性特性，并結(jié)合Casagrande和Carillo(1944)所提出的強度公式，推導了不排水條件下土體各向異性強度與von Mises屈服準則所表示的強度之間的關系，對經(jīng)典的vonMises準則作了改進，使用改進后的von Mises準則作為土體的屈服準則，改進后的von Mises準則可反映土體的各向異性強度特性。 2、以ANSYS9.0為平臺，將能夠反映土體各向異性的理想彈塑性本構模型連接到該軟件中，并以此為基礎，首先使用

6、Poh等(1997)中的兩個分析實例驗證了所耦合程序的可靠性，接著，對各向異性條件下基坑開挖后的變形性狀進行了較為詳細的分析，具體有以下幾點結(jié)論： 在考慮土體的各向異性時，各向異性對基坑變形性狀的影響隨著各向異性程度的增強而增大，在一定的開挖寬度范圍內(nèi)，各向異性對土體水平變形的影響要大于對土體豎向變形的影響。 各向異性對基坑開挖后土體變形(水平變形和豎向變形)的影響隨著基坑開挖寬度的不同而不同。在一定的開挖深度范圍內(nèi)，隨

7、著開挖寬度的增加，各向異性對土體變形的影響由對水平變形為主要影響對象，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫ωQ向變形為主要研究對象。 初始各向異性和應力誘發(fā)各向異性對基坑開挖后土體變形的影響程度是不同的，就軟土條件下的基坑開挖而言，各向異性對土體變形的影響以應力誘發(fā)各向異性為主，對于挖深在8m、開挖寬度在40m左右的基坑來說，應力誘發(fā)各向異性對基坑變形(水平變形和豎向變形)的影響約占整個各向異性影響的70％。 逆作法條件下各向異性對土體變形的影