考虑卸荷应力路径的基坑开挖土体变形研究

根据基坑开挖的特点,改进常规三轴试验仪器的控制程序。以此为基础,利用三轴仪对基坑开挖过程中土体的侧向卸荷过程进行模拟,获取土体变形参数,并对某工程实例进行有限元分析。分析结果表明,经过侧向卸荷三轴试验获得的土体变形参数的计算结果与实测数据更吻合。     

深基坑开挖中的应力路径

土的力学性质取决于它的应力历史,应力状态和应力路径。为了认识和理解深基坑开挖引起的变化必须研究由于水平和垂直应力的释放而产生的有效应力变化。为此介绍和讨论了微裂硬粘土中１０ｍ深基坑附近的有效应力变化,比较了现场观测到的应力路径和室内试验得到的应力路径,发现连续墙前的有效应力路径与室内不排水伸长试验的应力路径相同;但是,那些墙后的应力路径,除应力状态接近主动破坏外,与室内对原状土不排水压缩试验得到的也不尽相同,通常假定的基坑迅速开挖中的不排水性质似乎在墙后土体中也没有保持。     

基坑开挖土体应力路径分析

对某一窄长形基坑从理论分析及数值模拟两方面分析其开挖过程中周围土体的应力路径。数值模拟的结果与理论分析基本一致:基坑底部土体主要表现为竖直方向卸荷、水平方向荷载不变;侧壁土体主要表现为水平方向卸荷、竖直方向荷载不变;对介于底部和侧壁之间的土体,其应力状态受到侧向卸荷和竖向卸荷双重影响,因而应力路径呈现出两者共同作用的结果。对比分析开挖前后基坑侧壁土体球应力p和广义剪应力q随深度的变化发现:开挖前后侧壁土体的p,q均随深度的增加而线性增加,且直线的斜率与土体的重度有关,且随着开挖深度的增加,p,q随深度变化所拟合直线的斜率越来越小。     

考虑坑侧堆载基坑开挖土体应力路径试验研究

基坑开挖过程中,基坑坑侧各区域土体受到不同程度的卸荷或堆载作用,从而呈现出复杂的应力路径。因此,开展了常规三轴固结不排水剪切试验、K₀固结不排水剪切试验、K₀固结侧向卸荷试验和K₀固结侧向卸荷轴向加荷试验等不同的应力路径试验,来研究基坑开挖前后基坑坑侧土体的不同应力路径变化情况,比较分析了各应力路径条件下土体的抗剪强度、应力应变的变化情况,归纳了基坑开挖前后复杂应力路径条件下土体的应力变形及强度特征。研究表明,在不同的应力路径条件下,土体所对应的应力变形及强度参数,具有明显的差异性;软黏土在不同的侧向卸荷应力路径情况下,应力应变曲线均呈现应变软化型,且侧向卸荷对土体强度影响较大,坑侧堆载引起的轴向加荷对土体强度变化也有一定影响。     

考虑土体卸荷力学特性的基坑变形分析

基坑开挖过程中侧壁土体和坑底土体受到一定程度的卸载扰动,强度及模量均有一定程度的降低,采用常规三轴试验所确定的土体参数进行基坑变形计算将会产生一定误差。为了寻找在土体开挖卸荷作用下更适合于基坑变形计算的土体参数,对郑州某深基坑工程坑壁主要土层进行了常规三轴试验、轴向应力减小及侧向应力减小的UU-1卸载试验、轴向应力不变及侧向应力减小的IU-1.5卸载试验、轴向应力增大及侧向应力减小的LU-2卸载试验4种不同应力路径试验,得到适用于基坑变形计算的土体参数。通过数值模拟结果与现场监测数据的对比分析,发现不同应力路径对基坑侧壁土体水平位移和土体沉降影响很大,考虑轴向卸荷参数的数值模拟得到的曲线和实际监测得到的曲线比较接近,说明采用轴向卸荷实验参数对工程施工设计更具有参考价值。     

隧洞开挖过程初始地应力动态卸载效应研究

采用理论计算、数值模拟和工程实测资料验证相结合的方法分析了圆形隧洞钻爆开挖时开挖边界上初始应力场动态卸荷效应,并计算了其破坏范围。计算结果表明在高地应力条件下进行爆破开挖时,初始应力动态卸荷在岩体中所产生的损伤范围比准静态卸荷所产生的损伤范围要大;侧压力系数λ和极角θ是影响初始应力动态卸载应力场的两个主要因素;在一定的卸载速率条件下,侧压力系数λ越大,动态卸载效应越显著,其所产生的损伤范围也相应较大。工程实例证明了该结论的合理性。     

节理岩体爆破开挖过程的动态卸载松动机理研究

提出岩体爆破开挖过程中初始应力场的卸载是一动态过程的观点，并利用波动理论分析了岩块在初始应力场瞬态卸载条件下的运动过程。研究表明，瞬间卸载条件下，岩块除产生弹性回复位移外，还会发生水平向的刚体位移，导致岩体结构面被拉开，岩体产生水平向松动现象。岩体初始应力较高条件下。动态卸载引起的岩块水平刚体位移远大于弹性回复变形值。计算结果同时表明，岩体结构面的张开位移与初始应力的平方近似成正比。岩体初始应力场的动态卸载过程能较好解释节理岩体开挖过程的松动机理。     

Mine-by试验洞开挖过程中围岩应力路径与破坏模式分析

 地下洞室开挖过程中,围岩经历了复杂的应力路径,正确刻画围岩的应力路径及其影响是岩石地下工程中亟待解决的关键科学问题。基于起裂判据(CIC)、扰动应力比( )和Lode参数等力学表征指标,采用FLAC3D对Mine-by试验洞掌子面掘进过程中围岩的复杂应力路径和破坏模式进行探讨。研究表明：围岩应力场的扰动主要集中在掌子面前后一倍洞径范围内,围岩损伤受掌子面附近高度集中的偏应力和应力主轴旋转支配;随掌子面掘进,围岩顶部和底部偏应力集中程度加大,应力比n逐渐降低,逐步形成V型剥落,而隧洞边墙部位逐渐卸荷,损伤破裂转变为拉应力控制;原位岩体的应力路径涉及应力主轴旋转效应,远比实验室的单调加载路径复杂,Mine-by试验洞开挖过程中,在掌子面的顶部和底部,围岩大主应力方向几乎没有转动,而中主应力和小主应力旋转一定角度(35.2°)后回到初始方向,由于中主应力超过了岩体起裂强度(CIC＞1),其方向的旋转加剧了围岩的损伤程度。相关认识和结论具有一定的理论和工程意义。     

土的卸载抗剪强度

从超固结土与正常固结土的应力关系开始,分析卸载对土的大小主应力的影响,得到考虑卸载影响和不考虑卸载影响2种情况下土的抗剪强度差值。从理论上推导卸载过程中某一深度固定点的土的抗剪强度变化规律即卸载强度指标,以及卸载深度一定时不同深度各点的土的抗剪强度变化规律。最后得到土的卸载抗剪强度指标的计算方法。     

受施工卸载扰动黄土的变形与强度特性研究

各种施工活动都不同程度地对周围土体产生扰动影响,应力状态与应力路径的改变作为施工卸载的关键影响因素,对施工扰动起着主导作用。在分析基坑开挖及隧道与地下洞室掘进卸载作用的基础上,根据不同施工工况的特点,制定了室内非常规三轴卸载试验方案,对不同卸载应力路径下的应力-应变关系曲线、强度与变形特性及破坏特征进行了一系列卸载试验研究。试验结果表明,卸载作用下的强度与变形特性、变形模量及破坏特征与加载路径存在很大差别,挤长破坏的抗剪强度较压缩破坏低,挤长破坏的最大轴向应变仅为压缩破坏的1/3～1/2。     

土体K_0固结-卸荷剪切试验研究

根据基坑开挖的特点,改进常规三轴试验仪器的控制程序。并以此为基础,利用三轴仪对基坑开挖过程中土体的K_0固结-侧向卸荷过程进行模拟,同时与常规三轴压缩试验结果进行对比分析,研究了侧向卸荷过程对土体抗剪强度指标产生的影响。试验结果表明,经过侧向卸荷过程的土样抗剪强度指标与常规三轴压缩试验结果明显不同,特别对于深层土,抗剪强度指标下降急剧,说明卸荷过程对土体抗剪强度指标有较大影响。     

不同应力路径下饱和粘性土CU试验研究

利用GDS多功能三轴仪对饱和粘性重塑土分别进行了不同K0状态下的CU试验和K0=0.7时不同围压状态下的CU试验,探讨不同应力路径下粘性土的变形和强度特性。试验表明:不同应力路径下的土的应力—应变关系都呈曲线形态相似的非线性应变硬化型;随着固结应力比K0的增加,应力—应变关系曲线初始坡度逐渐由缓变陡;饱和粘性土不排水试验中:ε3=(1/(1-ε1))~(1/2)-1。     

卸荷路径下花岗岩变形与破坏特征试验研究

为深入研究花岗岩在卸荷路径作用下各变形阶段的应力特征值、变形参数和破裂前兆信息,选取甘肃北山花岗岩为研究对象,在不同初始围压下进行三轴卸荷试验。试验结果表明:(1) 随初始围压的增大,岩石特征应力值逐渐增大,受力模式由横向张拉作用转为张剪联合作用;(2) 弹性模量受初始围压大小的影响不大,泊松比随围压卸载而增大,弹性模量随围压的卸载而降低,均不是连续介质意义上的变形特征参数;(3) 在路径1作用下,因岩石侧向扩容剧烈,从而粘聚力较小;而路径2作用下岩石受张性破裂影响,导致破裂面粗糙,因此内摩擦角较高;(4)能量累计数随时间由缓慢增长转为加速增长的时间转折点可作为岩石在卸荷作用下出现宏观裂隙、导致完全破坏的监测参量。     

基坑施工邻域隧道围土应力路径演变规律研究

为研究基坑开挖过程中邻域既有隧道周围土体应力路径演变规律,采用Mindlin经典理论,求解基坑底部和四周侧壁卸荷效应在隧道围土各点引起的附加应力场,并与初始应力场相叠加可得各点的现有应力场与应力路径,选用Mohr-Coulomb强度准则作为土体破坏控制标准以判断隧道围土各方向土体安全度。研究表明 :(1)随基坑开挖深度增加,隧道围土各点应力路径呈现靠近主应力破坏线K_f的演变趋势,其中隧道顶部与靠近基坑侧土体处于易破坏状态,隧道底部与远离基坑侧土体处于较安全状态。(2)沿隧道轴向,基坑开挖对邻域既有隧道围土应力场影响以一倍、二倍基坑开挖宽度为界线。一倍基坑宽度内为强影响区,一倍至二倍基坑开挖宽度内为过渡区,二倍基坑宽度外为弱影响区。(3)基坑与隧道净距越大,基坑开挖对隧道顶部和靠近基坑侧土体应力路径影响越小,该方向计算点处土体应力路径演变规律越趋于相似和稳定。     

考虑应力路径与累积变形影响吹填土力学特性

应力路径与累积变形量影响土体的力学特性。本文以天津滨海新区有一定结构强度的吹填土为研究对象,采用WF应力路径试验仪对土体施加不同的应力路径,再控制土体的不同的累积变形量,在此基础上,进行三轴不固结不排水试验,探讨不同应力路径及初始累积变形对吹填土变形特性、强度特性以及孔隙水压力变化规律。试验结果表明,土体三轴剪切应力-应变关系曲线形状与应力路径阶段累积变形量密切相关,应力路径对土体抗剪强度大小以及抗剪强度包线形状有明显影响,抗剪强度指标粘聚力受应力路径的影响比内摩擦角大。土体孔压变化不仅与应力路径有关,还与土体结构屈服有关。3种不同应力路径下,有效应力路径在土体结构屈服前后都出现明显的偏转,呈现为“S”型。土体的结构屈服应力并不是一个定值,随着应力状态的变化而变化。     

不同应力路径加荷时粉土的应力应变关系

对粉土在常规三轴仪上用改进的加荷方法进行了多种应力路径的试验,揭示了应力路径对粉土应力应变特性的影响;探讨了粉土的剪胀性以及用常规三轴试验得出的参数能否反映不同加荷路径等问题;推荐了几个合适的本构模型并给出了模型参数.     

考虑应力路径的软黏土小应变特性试验研究

以苏南地区原状软黏土经K₀固结形成的试样为对象,利用配备了弯曲元系统和局部位移测量系统的GDS应力路径三轴测试系统,研究了小应变范围内应力路径转角θ对剪切模量衰减曲线以及阈值剪应变(γ_0.7)的影响。试验结果表明,土体的初始剪切模量G₀值与初始固结应力大小呈正相关关系,并可表示为与孔隙比e、平均有效应力p′相关的函数关系式。土体的剪切模量在10^-6~10^-3的应变范围内随着剪应变的增加而逐渐衰减,并表现出和试验应力路径与近期应力历史间夹角θ的相关性:应力路径对衰减曲线的影响随着应力路径转角θ的增大逐渐增大,当两者完全相反时,其影响最大。在K₀固结条件下,应力路径转角θ对γ_0.7的影响大于初始固结平均有效应力p′,同时γ_0.7值随着应力路径转角θ的增大而逐渐增大。