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地震工程学报 2023年第1期45卷 74-85,93页

作者：陈赵慧阮永芬王鹏朱强闫明蔡龙昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650051 中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司北京101100 中铁二十局集团第五工程有限公司云南昆明650000

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... 详细信息

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。

关键词：深基坑硬化土小应变模型泥炭质土高度非线性

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结构性软土地基基坑开挖对邻近地铁隧道的影响研究

结构性软土地基基坑开挖对邻近地铁隧道的影响研究

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作者：王灿浙江大学

学位级别：硕士

随着城市建设快速发展,城市人口越来越多,城市规模不断扩大,建筑物越来越密集,地铁以其快捷、高效等优势在我国各大中城市兴起了建设高潮,不可避免地面临在已建地铁隧道附近新建基坑工程等问题。而滨海软工具有极强的结构性,大规模的地... 详细信息

随着城市建设快速发展,城市人口越来越多,城市规模不断扩大,建筑物越来越密集,地铁以其快捷、高效等优势在我国各大中城市兴起了建设高潮,不可避免地面临在已建地铁隧道附近新建基坑工程等问题。而滨海软工具有极强的结构性,大规模的地下空间开发必将造成一定范围内土体结构性的改变,土体结构性降低到一定程度后,其强度骤降,极易导致软土工程灾变。基坑施工极易导致邻近既有地铁隧道产生变形,而现有隧道多为盾构管片拼装而成,对变形十分敏感,如不及时预警并采取补救措施,极有可能造成隧道坍塌失稳。因而,本文主要针对滨海结构性软土力学特性劣化规律、软土地基基坑失稳分析以及软土结构性对基坑隧道关联影响展开研究。目前开展基坑开挖对邻近地铁隧道影响的离心模型试验研究主要基于砂土地基,涉及基坑失稳工况下既有隧道关联变形的试验研究尚未发现。本文工作主要通过超重力离心模型试验、室内单元体试验和数值模拟三种手段,首先开展超重力离心模型试验和数值模拟,初步分析软土地基中基坑开挖至失稳全过程中挡墙内力位移、坑外地表沉降及邻近地铁隧道变形等变化规律,及地基失稳土体剪切带的发展过程;随后为分析不同结构性软土地基中基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,针对宁波地区滨海软土开展室内单元体试验,研究不同结构性软土的压缩特性、应力-应变特性和强度特性,并采用扰动度进行评价;基于室内试验所得不同结构性软土的模型参数,通过数值分析不同扰动度软土地基中基坑开挖对挡墙位移、地表沉降及邻近地铁隧道内力和位移的影响规律,得到了如下结论:（1）开挖过程中软土基坑处于稳定阶段时,挡墙呈现为内凸变形,两侧地表呈现为凹槽型沉降形态,最大沉降点位于挡墙后0.5倍开挖深度附近。由于开挖卸荷土体主应力方向改变,两侧隧道产生向坑底方向的水平位移和拉伸变形,隧道离基坑越近,变形越大。（2）超挖后基坑发生踢脚破坏,土体中剪切带的发展过程可分为应变集中、应变局部化产生及扩展和剪切带贯穿三个阶段,且剪切带发展至隧道时间断,并产生10-15°的角度偏转后从隧道上另一点继续向地表扩展。（3）对于宁波地区粉质粘土,在重塑土中掺入2.0%水泥,其压缩特性、应力-应变特性及强度特性与原状土基本相似。在水泥掺量0%～2.0%范围内,随着重塑土中水泥掺量的增加,其压缩性指标与水泥含量线性相关,有效粘聚力呈指数增长,而有效内摩擦角无明显变化,土体扰动度与水泥掺量呈负线性相关。（4）随着软土地基扰动度逐渐增加,挡墙水平位移、地表沉降、隧道位移与最大弯矩急剧增大。当土体扰动度达到11%和36%时,地表沉降和挡墙水平位移将超过控制标准,而随土体扰动度增加,隧道绝对位移增长最快,当土体扰动度大于38%和39%时,隧道所受最大弯矩和绝对位移也将分别超过控制标准。（5）对比左右两侧不同位置隧道及基坑变形可知,基坑开挖过程中,挡墙水平位移、地表沉降和隧道位移受基坑与隧道距离影响。当隧道距离基坑较近时,隧道限制了周围土体位移而承受更大的弯矩,其位移也更大,其对应侧地表沉降和挡墙位移则相应减小。

关键词：离心模型试验基坑开挖隧道硬化土小应变模型剪切带人工结构性土扰动度

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湖相沉积软土HSS模型参数及变形预测研究

湖相沉积软土HSS模型参数及变形预测研究

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作者：陈赵慧昆明理工大学

学位级别：硕士

随着城市地下空间的加速发展,各种工程安全事故不断发生,特别是软土分布广泛的地区,一旦发生事故会造成巨大的经济财产损失,因此对于基坑变形的研究变得非常重要。常用的变形预测方法主要是系统分析法和数值分析法,因此分别采用限元软... 详细信息

随着城市地下空间的加速发展,各种工程安全事故不断发生,特别是软土分布广泛的地区,一旦发生事故会造成巨大的经济财产损失,因此对于基坑变形的研究变得非常重要。常用的变形预测方法主要是系统分析法和数值分析法,因此分别采用限元软件和可拓云理论对基坑变形进行分析。昆明滇池流域分布着深厚且范围非常广泛的湖相沉积软土,主要由泥炭质土、粉质黏土、黏土及粉土层组成。本构模型及其参数选择对有限元计算结果影响巨大,针对湖相沉积的软土,本文对6个常用本构模型进行了分析,发现硬化土小应变模型(HSS)能充分考虑土体应力路径的影响及小应变情况下土体模量的高度非线性,在模拟基坑开挖时具有较好的适用性,因此数值分析时采用HSS模型对昆明软土场地的基坑变形进行计算。但对于昆明这种特性的区域性软土层,尤其是泥炭质土层,几乎没有HSS模型参数的研究。本文取原状土层到室内进行了三轴试验、压缩试验及一些物理力学指标试验以及对收集大量的工程地质勘察报告进行分析,给出了HSS模型的参数取值方法,并通过两个工程实例验证了参数取值的合理性。通过以上研究可为类似软土地区的基坑设计、施工提供参考,另外对岩土工程参数的勘察、选取具有重要参考价值。本文主要研究内容如下:(1)对多种本构模型进行比较分析,发现硬化土小应变模型(HSS模型)既能考虑土体的塑性变形、压缩硬化,也能区分加、卸载和刚度随应力变化的特性,所以选择HSS模型作为分析滇池湖相沉积软土基坑变形的首选模型。(2)对滇池湖相沉积的典型软土泥炭质土、粉土及黏土取原状土样进行多种试验,并结合大量的地勘资料分析,给出了适合隶属于本地区软土的HSS模型参数的取值方法。(3)对多个昆明泥炭质土场地地铁站点基坑从勘察、开挖、支撑、监测等数据资料方面,综合分析基坑开挖引起的变形特征和规律。并建立模型进行数值模型进行计算,并对围护墙水平位移、地表沉降、周边房屋沉降为研究对象,对计算结果和监测结果进行对比分析,分析计算结果的合理性以及验证HSS模型参数取值的合理性。(4)对泥炭质土场地的变形特点进行分析,选择出影响最显著的7个指标,建立沉降风险评估指标体系,用可拓云模型对泥炭质土场地的沉降风险进行评价,并通过实例验证分析方法的合理性及可行性,并对指导了施工,解决了工程问题,消除了潜在风险。

关键词：硬化土小应变模型非线性泥炭质土深基坑变形可拓云理论

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武汉市某地铁车站基坑支护工程数值模拟及优化设计

武汉市某地铁车站基坑支护工程数值模拟及优化设计

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作者：曹重长春工程学院

学位级别：硕士

近年来,由于武汉市地铁建设的需要,对地下空间的利用率正在迅速增长。地铁车站基本是位于城市建设的繁华地区,限制条件众多,周边环境复杂,工程事故时有发生,造成经济损失和不良社会影响。地铁车站深基坑支护设计与施工,将影响到基坑的安... 详细信息

近年来,由于武汉市地铁建设的需要,对地下空间的利用率正在迅速增长。地铁车站基本是位于城市建设的繁华地区,限制条件众多,周边环境复杂,工程事故时有发生,造成经济损失和不良社会影响。地铁车站深基坑支护设计与施工,将影响到基坑的安全,地铁车站的建设在地铁工程中处于极为重要的地位。因此,研究地铁车站基坑开挖过程对基坑围护结构及周边土体变形规律,对今后本地区地铁深基坑工程的设计与施工具有重要的理论和实际意义。本文以武汉地铁某车站主体深基坑工程为背景,对该基坑开挖过程中的变形,通过基坑理论变形分析、实际监测数据分析和数值模拟分析相结合进行研究,同时针对内支撑体系的结构参数对基坑开挖变形的影响,采用数值分析与理论验算进行分析,并对原支护结构的设计参数进行优化。主要研究内容及结论如下:(1)整理分析了武汉地区地铁基坑工程的主要支护形式,针对其变形特性的规律进行探讨,总结理论计算公式,并对变形影响因素进行总结。(2)采用启明星深基坑计算软件对本工程进行了理论计算,获得其围护结构及周边地表变形曲线,并与实际监测变形曲线进行对比,得出理论计算变形值比实际监测值小,围护结构与周边地表变形曲线特性基本一致。围护结构变形呈现两头小中间大的弓字形趋势,最大位移发生位置随开挖进行逐步下降;基坑周边地表沉降影响范围约为基坑开挖深度的1倍左右,变形曲线呈现下凹抛物线型。(3)采用Midas GTS NX对该工程基坑开挖进行数值分析,首先对本构模型选取进行分析研究,选取硬化土小应变本构模型,然后采用混合网格划分网格,划分单元数为205843个,依据基坑开挖施工工况进行应力分析。将模拟结果与实际监测结果进行对比分析,得出周边地表沉降最大值发生在距坑边85m,变形影响范围在基坑开挖深度的1至1.2倍的范围内;墙体水平位移曲线与监测基本一致呈弓字形分布。(4)采用36种不同的组合方式,针对本构模型的刚度参数经验系数取值进行分析研究,确定武汉地区硬化土小应变模型中土体刚度参数的经验系数关系,得出对于黏性土中采用E=E、E=2E、E=6E、G=2E、砂性土中采用E=E、E(50f)=E、E=5E、G=2E的经验系数值。(5)利用有限元分析武汉地铁某车站基坑支护工程中内支撑体系结构参数对基坑变形的影响,并对内支撑体系从竖向间距和水平间距两个角度进行优化分析,得出优化方案。混凝土支撑水平间距改为8m,钢支撑水平间距改为4m。使得本工程在保证基坑安全性与可行性的基础上减少内支撑造价550万元。

关键词：地铁车站基坑数值分析基坑变形硬化土小应变模型内支撑优化

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