浅谈软土地基基坑工程的流变效应

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1、)(摘要在软土地区开挖深大基坑，开挖中围护结构位移、结构体的外荷和内力会随着基坑暴露时间的延长而增大，呈现出明显的流交效应。原状土体竖向和侧向应力存在应力差，基坑开挖使得主动区和被动区的受力性状差异更加明显，因此原状土体的初始各向异性在基坑工程中不可忽略。为此，以试验为基础，建立了一个新的各向异性三屈服面流变模型。新模型不仅可以考虑七，．固结引起的土的各向异性，体现拉伸和压缩应力路径的不同，而且可以模拟软土的流变，考虑土体变形的发散，很好地描述土体的蠕变破坏。模型中硬化参数是塑性变形和时间的函数，分为体积应力和偏应力两类，分别服从体积蠕变规律和Mesfi偏态蠕变规律。据此推导出新模型的本

2、构方程，包括弹性、固结屈服面上的部分塑性、剪切屈服面上的部分塑性和完全塑性四个部分。数值模拟时为保证二次收敛速度，消除虚拟加载现象，采用一致切线模量形式，提出了适合新模型的算法一完全耦合方法，推导出弹性、部分塑性和完全塑性情况下径向返回算法、中心返回算法和完全耦合算法的一致切线模量表达式。过渡单元的一致切线模量根据上述算法规则得到，物理意义清晰。在这些理论的基础上，编制了新模型检验程序、基坑开挖全过程有限元程序和基坑开挖全过程网格自动生成程序。用新模型检验程序验算了两个算例，实测结果和计算结果相当接近，说明新模型不仅能解释蠕变稳定规律，而且能阐释蠕变破坏现象，适用于各种工程，尤其适用于基

3、坑开挖的卸载条件。使用有限元程序分析深大基坑开挖工程，认为围护结构水平位移、塑性区、破坏区、沉降量随开挖深度的增加而增加；围护结构最大水平位移在近开挖面处，塑性区和破坏区发生在近墙体部位，墙后一点的水平位移和与墙体的距离成反比，最大沉降点离墙体的距离等于开挖的深度，基坑隆起量最高值一般都发生在坑中心。流变对沉降量的作用明显，沉降量和隆起量随时间的延长而增加。流变步中支撑力和时间的对数呈直线关系。基坑开挖中不保留周边留土和保留周边留土比较，两者的隆起量基本接近，然而前者的侧向水平位移量、墙后土体沉降远大于后者，前者每一开挖步只对上一步支撑应力有较大影响，流变速率随开挖深度的增大而增加。后者

4、流变时间的长短可以影响位移曲线的形状和大小，因支撑和周边留土的双重作用，基坑隆起量的规律不明显。周边留土在新的支撑加设前能抑制土体流变的发展，使得支撑力在支撑间的分布较均匀，支撑力的最高值约为无周边留土开挖时支撑力最高值的113，并使开挖步之间的流变速度平均化，这样能最大程度地利用支撑的作用，避免因流变速度快而导致的基坑失稳。之后加设的新支撑分担了一部分土压力，使得周边留±的开挖对沉降量的影响较小。周边留土可以提高基坑开挖的安全度，然而即使设计了完备的开挖顺序，如果软土地区深大基坑工程在开挖完成后施工时间太长或不及时缩短底板浇筑的时间，仍有可能产生破坏。最后结合杭州凯悦酒店的深基坑工程实

5、例，用基坑开挖全过程有限元分析程序进行数值模拟，计算结果和实测结果接近。说明该程序可以描述软土地区深大基坑的流变现象。关键词：各向异性三屈服面流变模型偏态蠕变规律体积蠕变规律一致切线模量AbstractDeepexcavationinsoRclayrequiresaprolongedperiodoftimewherenaturalsoilisk，．consolidated,SOrehologicaleffectisbelievedtohavesignificantcontributionandprimaryanlsotropystressstatecannotbeneglected．To

6、describethestress．strain-timebehaviorofsoftclayduringexcavation,allanlsotropicallyeffectivestressconstitutivemodel-吨伍nal-yieldsurfacerehologymodeliScreated．Themodeladoptstheconceptofseparatingthetotaldeformationintoimmediateanddelayedcomponents．n地yieldingsurfacesemployedaremtatingmodifiedcam-clay

7、ellipsoidandtwoquasi-ducker-pragercylinderinscribedinellipsoid．nlehardingparametersaledividedintotwospecies．whichobeyvolumecreepruleandshearcreeprulerespectively．ConsistenttangentialmodulimethodiSusedinnumericalanalysi