基于数字图像测量技术的基坑开挖卸荷试验研究

以原状粉质黏土为试验土体,采用三轴数字图像测量技术为基础的测试仪器,对基坑开挖卸荷过程的土体应力路径进行模拟,研究不同应力路径条件下的土体应力-应变关系,分析侧向卸荷对基坑土体抗剪强度指标的影响.试验结果表明,经历侧向卸荷应力路径的土体抗剪强度指标与常规三轴加载试验明显不同.数值计算验证了不同应力路径的试验结果对基坑稳定与变形的影响.为了准确地分析基坑的稳定与变形情况,有必要在试验时尽可能模拟基坑的侧向卸荷应力路径.     

考虑卸荷及变形影响的基坑挡墙土压力

基于现行基坑支护结构设计采用的弹性支点法对墙后主动区土压力采用经典的朗肯土压力理论,没有考虑墙体变形对墙后土压力的影响,墙前被动区也只考虑了位移的线性影响,根据基坑挡墙前后土体的应变状态模式假定,采用不同卸荷应力路径试验得到土体应力应变关系,建立考虑卸荷及变形影响的非极限主动、被动土压力计算公式.然后,对公式参数的取值进行讨论.研究结果表明:该计算公式不仅考虑了卸荷应力路径,而且能够反映变形对土压力的非线性影响.     

基于SMP准则的改进剑桥模型及其在基坑工程中应用

基坑开挖时坑底土体在卸荷作用下会处于三轴拉伸状态，剑桥模型采用的扩展von Mises准则将高估土体的三轴拉伸强度，因此利用变换应力法将剑桥模型从三轴试验的轴对称应力状态扩展至一般应力状态，改进后的剑桥模型采用SMP准则能较好地反映基坑工程中坑底土体在三轴拉伸状态下的强度和变形特性，预测的坑底隆起变形比较可靠。     

基坑土体侧向卸荷条件下的变形性状研究

在ZSY-1型真三轴仪上控制ε2≈0进行基坑土体的k0固结-侧向卸荷的平面应变试验研究,得出土体侧向卸荷时侧向应力与其应变之间关系.根据其应力应变曲线性状,运用Duncan-Chang模型的建模思路来描述平面应变条件下土体侧向卸荷的侧向应力应变之间关系,并由此得出卸荷土体的初始切线弹性模量及其变化规律,推导出反映坑侧土体侧向卸荷实际应力路径下土样的非线性切线模量表达式.     

本构模型对黏性土侧向卸荷路径下应力应变关系适用性研究

为研究侧向卸荷应力路径对黏性土应力应变特性的影响,首先介绍了2种典型的修正邓肯张模型和三参数模型,然后分析比较了这3种模型反映侧向卸荷应力路径条件下土体应力应变特性的能力。即分别利用这3个模型模拟普通三轴侧向卸荷条件下的试验结果,得到相同条件下各种模型的应力应变特性曲线。并与试验结果进行对比发现：3种模型均能在不同程度上反映侧向卸荷应力路径对黏性土应力应变特性的影响,其中修正3的效果更明显一点,3种模型存在一定的联系,即参数值达到特定的情况时3种模型退化成为同一模型。     

基坑开挖应力路径对土体变形影响试验研究

针对基坑开挖过程中复杂应力路径对土体变形特性影响情况开展研究.通过室内试验对基坑开挖全过程进行了模拟,探讨了复杂应力路径下原状土应力-应变关系及孔隙水压变化特征;并对比分析了常规三轴压缩试验与应力路径试验下土体变形性状的差异.试验结果表明:土体的应力-应变关系和孔隙压力受应力路径和初始固结应力的影响明显;常规三轴压缩试验与应力路径试验下的土体应力-应变关系存在较大差异.     

桩土接触面三轴模拟试验设备研究与应用

针对基坑开挖卸荷会导致桩基承载力损失和引起桩身拉力作用所带来的安全问题,研制了一套可控制复杂应力状态变化的桩土接触面三轴模拟试验仪.该试验仪采用三轴围压室的气压加载控制接触面法向应力,利用围压室顶部的双套活塞实现对顺接触面向土体应力状态和桩土接触面剪切加载的分别控制,通过设置土样上下表面孔压来控制接触面的渗流状态和有效应力变化.其测试系统可对接触面总摩擦阻力、桩土相对位移和土样分层变形进行量测,实现对复杂应力状态下的桩土接触面相互作用特性的研究.通过等向加卸载应力作用下的接触面试验验证了该试验仪的有效性.试验结果表明,桩土接触面的极限摩擦阻力和摩擦系数随着法向应力的增加而增大,土层的变形也随着法向应力的增加而变大.     

软土地层中分隔型基坑变形特性及应力路径

以上海软土地区紧邻历史保护建筑的超大地下综合体施工为例,建立考虑土体小应变特性的三维有限元计算模型,研究分隔型基坑变形特性及土体应力路径;将数值模拟结果与现场实测数据进行比对以检验模型参数取值的合理性,并基于此模型进行多工况计算分析。结果表明:仅靠优化基坑开挖顺序对基坑变形控制作用有限且不全面,有必要考虑地下结构回筑引起的基坑支护刚度和边界条件变化;先开挖小基坑并完成其地下结构回筑后再施工较大基坑的施工方案效果最优,与较不利工况相比可减小紧邻敏感建筑物侧围护结构最大侧向变形30%;不同开挖顺序、地下结构施工引起的边界条件变化,以及不同排水条件使得坑内外土体应力状态复杂多变,其中坑内土体在不同工况下呈现不同应力路径,坑外土体则呈现多次卸荷的应力路径;当应用伺服式预应力钢支撑时,坑外土体表现出先水平卸荷而后加荷的应力路径,围护结构变形控制在开挖深度的0.1%内,可有效保护周边敏感建筑物的安全。     

红粘土侧向卸荷真三轴试验及其力学特性分析

采用刚柔复合型真三轴仪,模拟基坑实际开挖过程,进行了三向主应力不同的单面侧向卸荷真三轴试验,分析了侧向卸载和竖向加载条件下红粘土的应力应变关系、变形破损过程及其强度参数随基坑开挖的变化特点。根据红粘土强度参数在基坑开挖过程中的变化特点和工程实践确定强度折减系数,采用双强度折减法对土体强度参数进行分步折减,并选用FLAC 3D程序和摩尔库伦模型对红粘土深基坑工程开挖的力学过程进行数值模拟。结果表明,加卸载条件下红粘土变形破损的力学机制完全不同,土体强度参数随基坑开挖深度的增大而减小,变化的范围、幅度和速度以递增方式变化。在相同竖向荷载条件下,开挖过程的土体较受压过程的土体更易变形破损而失稳。     

基坑开挖卸荷影响深度分析

目前在基坑设计与计算中,大多只是凭借经验来选取卸荷影响深度.该文通过大量的卸荷应力路径试验,模拟了基坑开挖时坑底被动区土体的受力过程,分析了竖向卸荷条件下土体竖向变形及侧应力的变化.通过对坑底被动区土体回弹应变和侧应力随卸荷比变化规律的研究,得出了基坑开挖工程中卸荷影响深度的估算方法,其结果对基坑工程设计具有一定的参考价值.     

折线应力路径条件下粉质黏土力学特性试验研究

为了探究先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的变形规律、孔压变化以及强度指标，以济南市某隧道附近的粉质黏土原状土样为研究对象，采用K₀固结先侧向卸荷后轴向加荷不排水剪切试验，并在卸荷阶段选取3个不同的卸荷比，模拟先基坑开挖后坑边大吨位吊装特殊工况下的应力路径，然后进行等压固结不排水常规三轴剪切试验和K₀固结侧向卸荷不排水剪切试验，并对比3种试验结果。结果表明：先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下的偏应力-轴向应变试验曲线为非线性曲线，粉质黏土的破坏强度与卸荷量有关，卸荷量越大，则破坏强度越小；减围压阶段产生负孔压，轴向加压阶段孔压随着轴向应变的增加呈先增大后减小的趋势，在同一初始固结围压下，粉质黏土的卸荷比越小，则剪切时产生的最大孔压越大；先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的卸荷比越大，则有效黏聚力越大，有效内摩擦角越小，与等压固结不排水常规三轴剪切试验相比，有效内摩擦角偏小，有效黏聚力随卸荷比的不同而偏大或偏小。     

红砂岩多级卸荷蠕变试验及长期强度分析

在实际基坑和硐室的开挖过程中,岩体多处于环向卸荷的应力状态.不同于以往常规路径下的岩石蠕变特性研究,采用全自动岩石多场耦合三轴伺服仪,以红砂岩为试验对象着重研究了岩石环向卸荷路径下的蠕变力学特性.试验结果表明,与常规路径下的蠕变试验相似,岩石环向卸荷路径下的蠕变过程,同样由衰减蠕变到稳态蠕变再到非线性加速蠕变这一典型岩石流变三阶段所组成.随着围压的逐级卸载,轴向或者侧向蠕变变形,蠕变变形相对该级荷载下的瞬时变形的百分比,蠕变变形占总变形的比例,都整体呈现增大的趋势.侧向的蠕变速率、瞬时变形、蠕变变形在这一过程中逐渐超过轴向相应值,并最终达到轴向的2～3倍,出现明显的侧向扩容.基于经典弹塑性理论公式,绘制了塑性应变与偏应力水平的关系曲线,采用多种不同方式确定并比较了红砂岩卸荷蠕变过程中的长期强度.     

软土地基基坑开挖对坑底桩受力与位移影响的时效分析

深基坑开挖卸荷会对坑底工程桩的桩身受力和位移特性产生影响,同时在实际工程中,软土在开挖情况下具有较为明显的蠕变效应,但较少有人研究蠕变对坑底工程桩桩土相互作用的影响。采用两阶段分析方法,第一阶段基于H-K三参量模型推导出Mindlin的时域解,提出了一种用于计算基坑开挖卸荷引起的坑底土体竖向附加应力的计算方法,并进一步解得坑底土体竖向位移场的时域解。第二阶段通过建立桩身控制方程,利用有限差分法得到开挖卸荷后考虑坑底土体蠕变变形的单桩非线性分析方法。研究结果表明,得到的时域解能够较好地反映软土基坑开挖条件下考虑土体蠕变变形时坑底单桩的桩身轴力和位移特性发展趋势,为相关工程提供参考。     

基坑土体侧向卸荷变形特性的研究

利用GDS三轴仪对深基坑周边主动区粉质黏土进行了平面应变条件下的k0固结侧向卸荷试验和常规三轴压缩试验,试验结果表明:两种应力路径试验的应力–应变关系曲线均呈双曲线型,均表现为非线性,且全部呈应变硬化现象;卸荷破坏主应力差均小于加载破坏主应力差。针对卸荷产生的侧向应变采用有限元软件模拟土样的侧向卸荷,确定了粉质黏土Δε22和Δε32之间的比例范围,进一步推导出侧向卸荷条件下切线弹性模量的计算公式。     

模拟基坑开挖的侧向卸荷流变试验

针对基坑开挖时围护墙后土体侧向卸荷的应力条件,对上海软土进行了流变试验研究,重点观察和分析了土体在侧向卸荷条件下的蠕变行为和孔压变化情况。     

基坑开挖对围护墙竖向变形的影响机理

采用数值分析方法,研究开挖卸荷引起的基坑围护墙竖向变形机理.在有限差分软件中建立考虑土与结构共同作用的分析模型,采用理想弹塑性接触模型模拟墙土接触力学特性,对比分析了3种土体参数下墙体和墙底土体竖向位移、墙土相对位移和墙体两侧摩阻力分布特性.结果表明:墙体的竖向位移主要由墙底土体竖向隆起和墙土相对滑动共同决定;坑底土体位移主要受到土体卸荷回弹的影响,与土层参数关系较大;当黏聚力增大时,墙体的下沉量减小;砂土的摩擦角越大,墙体的竖向隆起量也越大;墙土相对滑动则受墙体两侧的摩阻力共同作用,而摩阻力受参数取值的影响;当接触属性变强时,坑内摩阻力上升的趋势将增强,墙体发生的竖向隆起量也显著增加.     

复杂卸荷条件下杭州淤泥质黏土的力学特性试验研究

【目的】为研究各种加卸荷组合条件下土体的力学特性,对杭州淤泥质黏土开展了室内试验研究。【方法】首先通过三轴剪切试验和归一化分析法,研究竖向和水平向同时卸荷复杂工况下土体的强度与变形特性;然后分析土体的应力-应变特性及应力路径;最后考虑预剪应力及卸荷后再剪切的应力条件,对原始的Duncan-Chang模型的应力-应变曲线和初始剪切模量表达式进行修正,得到了修正的Duncan-Chang模型及淤泥质黏土的模型参数。【结果】不同卸荷路径下的偏应力与轴向应变均呈双曲线关系,峰值抗剪强度随卸荷应力比的增大而增大;不同土样的应力路径均从K₀固结线的同一点出发,在卸荷与再剪切过程中经历不同的p-q变化,最终均到达K_f线发生剪切破坏,试验数据拟合的K_f线线性相关性较高,根据拟合的K_f线及Mohr-Coulomb破坏条件,可以不用绘制摩尔圆直接得到土的黏聚力和内摩擦角。【结论】本研究结果对深入分析复杂卸荷条件下土体的强度和变形特性及多个地下工程相互交叠或近邻时的设计与施工具有参考价值。     

分级卸荷条件下软土蠕变特性的试验研究

采用改进的普通三轴仪对武汉地区代表性的粉质粘土进行了室内固结排水分级卸荷蠕变试验.实验表明：固结时应力水平越高,最终蠕变变形越小;固结时应力水平越低,在相同偏应力作用下土体越容易破坏;土体的长期强度会增加土体的蠕变性质.在对试验数据进行分析的基础上,引入积分型的本构方程来描述软土在卸荷条件下的蠕变规律,利用最小二乘法原理对模型中的参数进行拟合,通过拟合结果与试验曲线的比较,表明了所建模型的正确性与合理性.     

考虑瑞利分布和墙体应变的黏土基坑位移预测

本文选择瑞利分布函数型式的位移增量,考虑地面超载,建立了Terzaghi机制下的基坑变形机制。引入超固结比这一重要影响因素,改进了考虑超固结比的剪切强度计算方法。基于剪切强度调用法（MSD）思想,综合考虑墙体弹性应变能的影响,建立了多层开挖引起位移增量条件下的能量守恒关系,得到了考虑多因素的变形预测方法。然后,基于参数分析,定量地分析了地面超载、墙体长度和刚度、开挖深度和嵌固条件对悬臂和鼓出位移的影响规律。最后,通过与经典案例的有限元分析及基于余弦函数的MSD法预测结果作比较,说明本文选取的位移增量函数能更好地吻合墙体变形剖面,考虑墙体弹性应变能可以提高位移预测的精度。     

考虑土拱效应和黏聚力的倾斜挡墙非极限主动土压力

根据已有的非极限土体参数与墙体侧向位移和极限土体参数的关系,以及非极限滑裂土体的莫尔应力圆,获得非极限主动土压力的土压力系数,然后根据非极限微元滑裂土体的竖向和水平向静力平衡条件,获得考虑了土拱效应、墙背倾角、墙体侧向位移、墙土摩擦角、黏聚力等影响的墙背非极限主动土压力计算公式.墙背法向非极限主动土压力沿墙高的分布呈非线性,随墙体侧向位移比的增加而减小;墙背填土非极限临界深度随墙体侧向位移比的增加而增加,随非极限墙土摩擦角的增加而减小.