地基回弹变形计算若干问题探讨#br#

《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规定采用分层总和法计算地基回弹变形,并给出计算公式。回弹模量的选取和回弹变形计算深度的确定直接影响到计算精度,但是实际应用时很难准确得到计算需要的回弹模量和回弹变形计算深度。通过对不同地区、不同土性的土样的回弹试验结果进行分析发现：土在完全卸荷时的回弹模量Ec0与初始卸荷应力p近似呈线性关系;不同初始卸荷应力下,土的Ec/Ec0-R曲线可以采用对数曲线进行拟合。根据这些规律,提出回弹模量确定方法,按照该方法可得到同一土层不同初始卸荷应力p、不同卸荷比R对应的回弹模量Ec,并对土的回弹试验方法和数量提出建议。此方法解决了采用地基规范方法计算回弹变形时的回弹模量取值的问题。回弹变形计算深度的确定可以采用地基规范规定的应变比方法。对于基底以下土层较均匀时,提出可采用应力比的方法确定回弹变形计算深度,采用卸荷比R为0.4作为确定回弹变形计算深度的标准,提出均质土地基回弹变形计算深度系数表。通过算例证明：对于均质土地基,采用该方法确定的地基回弹变形计算深度与应变比方法得到的计算深度基本一致。     

从不同土的室内压缩回弹试验分析基坑开挖回弹变形的特征

采用卸荷比—回弹模量分析法对砂土、粘性土、淤泥及淤泥质土的回弹变形研究发现,不同性质的土卸荷影响深度亦不同:砂土的卸荷影响深度要小于粘性土的卸荷影响深度,而黏性土的卸荷影响深度又比淤泥及淤泥质土卸荷影响深度小;则在相同开挖条件下,在工程中计算回弹变形量时考虑基底以下土性的不同而引起的计算深度上的差异是更为准确;在相同固结压力下,淤泥及淤泥质土土样的最终回弹量大于同条件下粘性土最终回弹量,砂土的最终回弹量最小。回弹变形随时间的发展与固结压力、卸荷比、土的性质密切相关,同时土性的不同在回弹变形随时间的发展上又存在明显的差异。     

深基坑坑底地基的回弹应力与回弹变形

某长条形地铁车站深基坑,基坑开挖深度15m,通过设置数个分层回弹磁环,测得回弹变形沿坑底深度方向的分布规律;通过固结回弹试验建立回弹模量与卸荷比关系,得到回弹模量沿坑底深度方向的分布规律;结合以上两种成果,并考虑坑底土承受侧向净土压力的伸长作用,得到回弹应力沿深度方向的分布规律:作用在坑底的反向荷载相当于挖去土的自重,因受坑底土有效自重应力的抵消作用,回弹应力沿深度方向呈线性衰减,坑底土的"残余应力"可以认为就是坑底回弹影响范围内的有效自重应力。用上述确定回弹应力的方法计算另一个新近案例的回弹变形,与实测结果比较接近。     

基坑回弹变形计算方法研究及应用

 基坑卸荷回弹变形计算对基坑稳定性分析具有重要意义。现阶段基坑回弹量估算方法有几种,包括传统估算方法、经验公式、残余应力法等,但估算结果往往与实测值相差较大。根据坑底土残余应力为开挖卸荷坑底土层回弹影响范围内有效自重应力原理的方法,以自重应力修正偏大的卸荷应力,配合常规压缩试验所得回弹模量或提出的经验公式估算回弹模量,给出一种新型实用基坑回弹变形计算方法。该方法概念清晰,易于操作,可计算出影响范围内任意深度回弹量,经与实测对比分析,证明该方法计算结果可靠,概念清晰,具有一定的先进性,对完善基坑设计理论具有重要意义。     

宽围压加卸荷条件下特高坝填筑料强度变形研究

开展大型三轴试验,系统研究了特高坝堆石料和砂砾石填筑料在宽围压加卸荷条件下的强度变形特性。结果表明:相比堆石料,砂砾石料在低应力条件下的强度低,采用砂砾石填筑的大坝应防止坝坡浅层失稳。围压对强度指标和邓肯模型变形参数均具有重要影响,对于特高土石坝,宜根据应力分布情况分段采用不同的强度指标和变形参数,以提升坝体结构应力变形计算精度和提高工程安全性。卸荷—再加载循环内,均产生了正值的轴向变形和体积变形,循环结束后,应力-应变、体变-应变曲线均回归至原有的正常加载形态;在卸载段,低围压、低应力水平条件下往往表现为体胀,随围压和应力水平的提高,主要表现为卸荷体缩;在再加载段,无论围压大小还是应力水平高低,均主要表现为体缩。随围压的提高,回弹模量与初始切线模量之比增大;同一围压下,随应力水平的提高,回弹模量变化不大,略有降低的趋势;大石峡工程高填筑标准砂砾石料和堆石料K_ur/K约1.98~2.22,但指数n_ur要远大于n;对于那些特高坝和高坝而言,有限元计算时假定n_ur=n是不太适宜的,应开展回弹模量试验研究。     

不同卸荷路径下软土变形特性试验研究

本文通过不同的试验方式对软土进行了不同卸荷路径下的变形特性试验研究。一维压缩回弹试验成果表明,软土的回弹变形随着预压荷载的增大而增大,但与卸荷过程中的卸荷比无关;土样再加荷时的压缩模量小于回弹模量而大于初始压缩模量;得到回弹孔隙比、回弹模量的计算公式,从而计算基坑开挖引起的回弹变形量。三轴卸荷蠕变试验成果表明不同的卸荷路径得到不同性质的蠕变变形;卸荷变形模量随应力路径、时间、荷载的变化而变化。     

坑内降水基坑底不同位置土体变形性状的室内试验研究

在分析坑内降水的基坑开挖中坑底土体的应力变化的基础上,对基坑降水与开挖交替作用下坑内不同位置土体的变形性状进行研究,并与仅考虑基坑开挖作用下土体的变形性状进行比较。试验结果表明,分步降水、开挖交替作用下坑底不同位置土体的变形性状相对于仅考虑开挖时均显著改善,其初始卸荷变形模量均明显提高。对于坑底不同位置的土体,降水均能显著减小基坑回弹总量。但由于降水使每开挖步土单元释放的应力加大,分层每开挖步基坑的回弹变形比没有考虑降水时的回弹变形大。模拟靠近地连墙附近土单元应力路径的试验结果表明,降水开挖交替作用下地连墙附近土单元其开挖步的回弹变形明显大于基坑中心的土单元,并且可能导致考虑降水条件下基坑边部土体单元总的回弹变形大于没有降水时的总回弹变形。最后,坑内降水对基坑内土体变形性状、坑底回弹的影响与降水时间、降水深度、土层渗透系数等密切相关。对地下水位以下的超深开挖,应考虑大深度降水对坑内土体力学性状及回弹变形的影响。     

土样回弹及再压缩变形特征的试验研究

通过固结回弹试验对土体的回弹变形规律进行研究,提出回弹比率的概念,更为清晰地反映出了回弹变形随卸荷比变化的发展过程:当卸荷比小于0.4时,土样卸荷产生的回弹量不到总回弹量的10%;而当卸荷比在0.9～1.0之间时,土样卸荷产生的回弹量占到总回弹量的40%～60%。将原有的卸荷比—回弹模量分析方法中的R-Ec与R-lgEc方法相结合应用,得出土体回弹变形发展的3个阶段,为回弹变形的计算提供参考,同时通过对卸荷比—回弹模量关系曲线进行拟合分析,可得到在任一卸荷比下土体的回弹模量。试验结果表明:土体回弹率与固结压力、卸荷比密切相关,反映了土体回弹变形的基本特征;在土样的再压缩过程中,再压缩变形大于回弹变形。结合模型试验实测结果,对土样的再压缩变形进行了研究。     

合肥膨胀土轴向卸荷回弹变形的试验研究

为研究轴向卸荷路径下的土体回弹变形特性以及初始含水率和蒙脱石粉含量等指标的影响,以合肥膨胀土为研究对象,开展了一系列的室内一维压缩回弹试验。试验结果表明:卸荷时合肥膨胀土样的e-p曲线具有明显的先缓后陡特征;每级卸荷量越大,膨胀土产生的回弹变形量也就越大;与其他土质相比,合肥膨胀土的一维压缩回弹变形偏低;最大轴向荷载、卸荷比等指标与回弹变形指标之间具有良好的拟合函数关系;相同卸荷比条件下,试样回弹变形量随初始含水率增高而相应增大;当初始含水率较低时,试样的非饱和吸力会抑制土样的回弹变形;蒙脱石粉含量与试样的一维压缩回弹变形之间具有很好的正相关性。这表明膨胀土的胀缩性会影响到膨胀土基坑坑底土体产生的回弹变形量。     

沉管隧道大开挖回弹再压缩问题试验研究

为准确计算沉管隧道大开挖引起的基础坑底回弹再压缩,对粉质黏土和粉砂两种土样开展室内试验研究。提出根据卸荷比大小分段考虑回弹模量参数取值,对再压缩模量取为定值,归一化处理后进行回弹和再压缩的变形量计算,并与已有回弹量实测值的工程实例对比分析,结果表明新方法计算结果与工程实测结果吻合较好。运用该方法分析港珠澳大桥海底沉管隧道工程,确定了隧道开挖卸荷最大影响深度为开挖深度的1.73倍,强回弹区回弹量约为总回弹量的60%,为准确控制海底沉管隧道的最终变形量提供理论依据。     

基于多功能CPTU测试的基坑开挖扰动深度确定方法

基坑开挖卸荷扰动区深度的确定是基坑设计的重要指标。现有的关于扰动区深度的确定大都采用室内试验方法,无法反映土体的原位应力状态。基于多功能孔压静力触探(CPTU)原位测试,对南京、无锡、常州3个基坑工程进行开挖前、后的原位测试,分析了开挖卸荷对锥尖阻力q_t、侧壁摩阻力f_s、摩阻比R_f、电阻率ρ的影响;进一步结合室内卸荷回弹试验,提出了基于原位测试的基坑开挖扰动深度确定方法。结果表明,对于粉土和粉砂地基,开挖卸荷会使锥尖阻力和侧壁摩阻力降低,且随着土体埋深增加,其影响程度逐渐减小;对摩阻比和电阻率影响则较小;基坑开挖扰动区深度为CPTU锥尖阻力qt衰减20%时对应的深度距坑底开挖面的距离。     

基坑开挖卸荷工程桩受力及变形特性分析

基坑开挖将引起坑底土体大面积回弹,带动坑内工程桩向上位移,改变桩土间受力状态。立柱桩上抬还将影响基坑的支撑体系,对基坑整体稳定性产生不利影响。本文基于桩弹性理论方法,充分考虑大面积基坑分步开挖卸荷、土体回弹对工程桩受力及变形的影响,采用残余应力法对土层回弹量进行计算,结合回弹量计算结果建立大面积基坑开挖工程桩位移和受力计算理论模型,分析桩顶荷载、基坑开挖深度以及桩长、桩径对桩侧摩阻力及桩土位移的影响,最后通过与工程监测数据对比验证结果的可靠性与合理性。计算分析结果表明,桩顶荷载、基坑开挖深度、桩长及桩径对桩侧摩阻力及桩土位移产生明显影响,随着基坑开挖深度增加桩侧将出现负摩阻力,可能引起桩身产生拉应力导致破坏。     

基于旁压试验的软土卸荷回弹变形研究

软土地区地下空间开发过程中诸如深基坑开挖、盾构隧道掘进等均涉及土体卸荷回弹问题,该问题的研究对控制地下空间开发中的地质安全风险具有积极的意义。通过对上海地区不同深度土体进行原位旁压加卸载试验,结合室内K₀试验对土体的卸荷回弹特性进行研究。从卸载等级(UL)和卸载前最大载荷(UP)两个维度来研究软土卸载与回弹之间的变化关系。结果表明：相同加卸载条件下通过旁压试验推求的回弹模量大于室内试验结果,且随着卸载等级(UL)和卸载前最大载荷(UP)的增大,软土回弹模量逐渐减小;对于旁压卸载,土体卸载比与回弹模量对数曲线(R-lgE_ur)呈线性关系,且对于同一层土,归一化的R-A·lgE_ur关系曲线斜率近似一致,卸载等级(UL)决定了该曲线斜率的大小。     

集装箱荷载下吹填港口地基工作区深度分析

围海造陆逐渐成为沿海地区解决港口建设用地的主要途径之一。目前对于围海造陆港口吹填地基在集装箱荷载下工作区深度的研究鲜有报道。通过现场足尺试验研究了港口地基中附加应力及地基回弹模量的变化规律,试验结果表明：3层集装箱加载工况下附加应力与自重应力比等于0.2和0.1的深度分别为1.80,2.60m；地基回弹模量随砂垫层厚度增加而增加,砂垫层较薄时地基回弹模量值较离散。随后,采用FLAC^3D建立数值分析模型,其中铺面结构采用理想弹性模型,地基采用M-C模型。模拟中对不同集装箱层数加载工况和不同砂垫层厚度工况下,地基中的附加应力、竖向应变及侧向位移等参数进行了系统分析。     

复杂卸荷路径下饱和粉土剪切特性研究

为研究基坑开挖卸荷路径下土体的力学特征，开展了饱和粉土卸荷路径三轴排水剪切试验，获取了不同应力路径的应力应变曲线，分析了卸荷比、围压和应变水平对割线模量的影响，提出了饱和粉土卸荷模量简化公式。结果表明：不同卸荷应力路径的应力应变曲线均呈应变软化型，卸荷模量随卸荷比的减小、围压的增大而增大。K₀固结侧向卸荷路径(EB)的峰值剪应力高于K₀固结双向卸荷路径(EC、FD)；应力路径对割线模量衰减的影响程度差异显著，K₀固结双向卸荷路径(EC、FD)对割线模量衰减的影响最大。说明基坑坑底土体强度较高，受开挖的影响较小，抗变形能力较大，在基坑工程设计中，应考虑基坑不同区域对应的割线模量。     

大型沉井终沉前底部土体回弹变形特性试验分析

为了准确描述大型沉井下沉到位前的回弹变形特征,对马鞍山长江大桥南锚沉井底部土体进行了6组压缩回弹的室内试验。借助于K_0试验仪,针对其卸载回弹再压缩的受力特征,分别对静止侧压力系数、回弹比率、回弹率、回弹模量与卸荷比R之间的关系进行回归分析,并与工程实测结果相对比。结果表明,当卸荷比大于极限卸荷比时,K_0值随卸荷比显著增大;当卸荷比大于0.8时,发生的回弹量约占总回弹变形量的60%;在相同卸荷比下,前期固结压力越大的土样,其对应的回弹率越大;随着卸荷比的增加,回弹模量则逐渐减小。对比结果显示,沉井内隔墙明显限制井底的回弹变形,沉井底部断面土体不能视作自由回弹。     

粗粒土回弹特性试验研究

对2种粗粒土4种级配料进行了卸载–再加载的三轴固结排水剪试验,比较分析其强度变形特性与单调加载三轴试验条件下特性的差异。重点研究不同试验粗粒料的回弹模量取值规律,分析了回弹模量与初始模量、围压和应力水平等之间的关系。结果表明,围压对回弹模量影响较大而应力水平的影响相对较小;粗粒土的回弹模量约为初始模量的2.5～5.0倍,比目前对黏土等认识的1.5～3.0倍明显大。试验结果为邓肯–张模型等非线性弹性模型甚至弹塑性模型的回弹模量的合理取值提供了重要试验依据。     

分层地基模型|桩筏基础|沉降|非线性|离心模型试验

基于改进的分层地基模型,考虑桩–土–筏的共同作用,提出了刚性桩筏基础非线性分析方法。地基附加应力计算考虑土层参数的变化,采用层状弹性体系的Burmister应力解;地基变形采用分层总和法,所采用的计算参数压缩模量和一维回弹模量试验确定方便。通过简单的室内一维加卸载试验确定其随加卸载次数的变化,进一步得到桩筏基础在重复加卸载下的沉降规律。对单桩和桩筏基础进行离心模型试验,并将计算结果和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

粘性土的卸荷应力路径试验研究

通过室内模型加荷试验,对微型土压力盒在粉质粘土中的应力微应变关系参数进行校正。然后进行加卸荷试验,确定测试土样的静止土压力系数和卸荷土压力系数分别为0.38和0.33。取模型内试验土样进行三轴应力路径试验,按模型试验测定的加荷侧压力系数进行K0固结,然后按轴向和侧向卸荷比3∶1进行卸荷试验得到测试土样的卸荷应力应变曲线,对其进行双曲线拟合后,得到卸荷变形模量,从而为基坑、隧道等开挖卸荷工程计算回弹变形提供依据。     

深基坑卸荷回弹问题的研究

1　概　　述 高层建筑的基坑 ,地铁车站的基坑 ,面积大 ,开挖深 ,对这类大规模卸荷情况 ,如何准确预测坑底的回弹变形量 ,一直为工程界所重视。但至今还没有一个比较好的估算方法。因土不是纯弹性体 ,因此 ,在不同应力路径条件下 ,其性质变化有很大的差异。所以本文首先从试验研究出发 ,遵循土的卸荷特性 ,提出一个简易的估算方法 ,以供实际工程参考。2　室内土工试验设计为了模拟大面积卸荷 ,采用常规的固结回弹试验。试验土样来自温州地区浅层原状粉质粘土。基本物理属性为含水率 4 5 % ,容重为 17.9ｋＮ ｍ3 ,干容重12 .4ｋＮ ｍ3 ,初始孔隙比ｅ0 =1.187。为了取得比较充分的数