应变相关修正剑桥模型在基坑开挖中的应用.pdf

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1、88低温建筑技术2010年第1期(总第139期)应变相关修正剑桥模型在基坑开挖中的应用陈玉起，梁志荣，高广运(1．同济大学地下建筑与工程系．上海200092；2．上海申元岩土工程有限公司，上海200041)【摘要】提出考虑上海软土在小应变情况下刚度随应变非线性衰减的应变相关修正剑桥模型(SDMCC)，将其应用于基坑分步开挖和支护的数值分析中。采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D)，建立了考虑支护结构与土体的接触作用的基坑有限差分数值模型，土体采用应变相关修正剑桥模型，分析了基坑开挖过程中围护墙侧移、地表沉降、坑底隆起等变形性状。【关键词】上海软土；基坑开挖；小

2、应变；剪切刚度；应变相关修正剑桥模型【中图分类号】TU473．2【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2010)01—0O88—04上海软土基坑工程往往周边建筑物密集、地下管绝对距离lO20304050线众多、环境保护要求高。基坑工程除了要保证基坑的整体性和支护结构的强度稳定安全外，还要将支护窖0．00结构和基坑内外地层的变形控制在允许范围之内，保著_o．02证基坑周围的建(构)筑物和管线正常使用，从而实现蛙3一一0．04基坑工程的变形控制设计。_1J鞭一0．06汪中32(2oo4)~J通过试验发现上海软粘土亦具有、U，～U一)明显的小应变特征，即在小

3、应变范围内土体剪切刚度-0．O8图1修正剑桥模型得到墙后地表沉降fXia．1999)随应变非线性地衰减，与国际上经典的粘土试验结果在变化趋势上基本一致。根据实测分析及上海地区体积模量同比变化以使泊松比保持为常数，如式(1)：基坑工程变形要求，基坑周围土层变形明显处于小应G：变范围内(最大应变值约为0．1％量级)。因此小应变范围土体刚度变化规律对上海地区基坑工程的变形式中，u土体泊松比；P为平均有效应力；为剑控制分析有着重要意义。桥模型回弹参数。如果没有指定泊松比，则假定常剪1数值计算原理切模量等于输入值，而泊松比作为比容和平均应力的1．1小应变刚度函数而变化。城

4、市深基坑工程中围护结构变形和土体变形均考虑土体在小应变下刚度的非线性行为，在修正较小，土体应变量级位于0．001％0．1％(Simpson'：引，的剑桥模型基础上，土体在屈服面以内的刚度值不只BurIandJ)，因而应该考虑土体在小应变下刚度的非线与当前的应力水平有关，而与应力路径及应变水平有性行为(Jardine)J。但修正剑桥模型认为土体在屈服关，即应变相关修正剑桥模型(SDMCC)。应变相关修面以内的刚度值只与当前的应力水平有关，而与应力正剑桥模型(Dasari，1996)Is]可以模拟土体刚度随应变路径及应变水平无关。图1为XiaEJ采用修正剑桥模的变化

5、和屈服面以内粘滞性，大应变行为由修正剑桥型计算得到的墙后土体位移，从图中可看出，由于未模型相关流动法则控制。考虑土体在小应变下刚度的非线性行为计算得到的图2所示为SDMCC土体模型中土体剪切模量随墙后土体变形性态不太符合实际，靠墙附近的土体由偏应变衰减规律。在极小应变下(≤100)，对于给于受连续墙回弹的影响最大沉降偏小，且沉降槽尾端定的超固结度(0cR)和平均有效应力的条件下，土体很难收敛，土体竖向位移甚至越来越大的趋势。剪切模量为常数，如式(2)所示：1．2应变相关的修正剑桥模型(SDMCC)C一：At,OCRm(2)最初剑桥模型(RoscoeandBurl

6、and，1968)7J假设弹式中，A、n1和ml为试验常数。性剪切应变为零，即弹性剪切模量为无穷大，而数值计在小应变范围内(10I5<￡。<10I2)，土体的剪切算会出现执行不合理的问题。为保证数值计算的稳定刚度随应变发展迅速衰退，可表示为式(3)形式：性，修正剑桥模型(MCC)允许指定一个常剪切模量或者G=却OCR￡b2(3)恒定的泊松比。如果指定非零泊松比，剪切模量将随式中，B，n2，m2和62为试验常数。当偏应变e≥陈玉起等：应变相关修正剑桥模型在基坑开挖中的应用89土体刚度参数可以得到表2上海土层应变相关剪切刚C————～却。cR度的计算参数。MCCfl

7、0wrub表I土层的修正剑桥模型计算参数＼重度7l8．0kN·m一3很小应变大应变小应变、＼8ls10aln6qq。图2SDMCC模型土体刚度随应变变化10～，土体的剪切刚度按照公式(3)取偏应变e=10的值。如果指定非零的泊松比，体积模量将随剪切模量同比变化以使泊松比保持为常数。2计算模型及参数确定2．1计算模型及边界条件分析模型单位厚度的基坑为研究对象，基坑开挖宽度为40m，考虑模型的对称性后取1／2模型进行计算。基坑最大开挖深度20m，分5步开挖，每步开挖1．04m。考虑到基坑的开挖深度较大，将基坑边缘到边界。．的距离取最大开挖深度的6倍；模型的深度方向取

8、最大开挖深度的5倍，尽量