ＨＳ模型在基坑工程数值模拟中的适用性分析

在基坑开挖数值模拟计算中选择合适的土体本构模型非常重要。土体硬化模型（ＨＳ模型）凭借 其考虑土体剪胀性与基坑开挖过程中土体的加卸载特性等优点,在基坑工程数值分析中得到广泛的应 用。结合参考算例,通过ＰＬＡＸＩＳ2Ｄ数值模拟软件模拟了基坑开挖的过程,其中土体本构模型分别采用 土体硬化模型和摩尔－库仑模型来进行计算分析。结果表明:ＭＣ模型未考虑土体加卸载特性,模拟出 土体的地表沉降和地下连续墙的弯矩偏小,而地下连续墙体水平位移偏大;而ＨＳ模型考虑土体加卸载 特性,模拟得到的地表沉降,地下连续墙的弯矩和水平位移均较为合理。所以在基坑开挖,尤其是在敏 感环境下进行开挖时,数值模拟计算中建议采用土体硬化模型。     

基于HS-Small本构模型的银川地区深基坑开挖-降水过程数值分析

针对银川地区缺乏数值计算深基坑稳定性和锚杆受力等相关研究,运用midas GTS NX软件中HS-Small本构模型,对采取锚钉支护的宁夏自治区银川某地下车库深基坑开挖-地下水位下降过程进行了数值分析。结果表明:随着基坑的开挖,基坑边坡的变形量逐渐增大,最终位移最大值出现在基坑顶部阳角处;锚杆轴力随开挖深度的增加而加大,控制变形能力与所处位置有关,下部锚杆控制变形能力优于上部锚杆,锚钉联合支护形式和土钉墙支护形式界面处变形差异较大;随着开挖和持续降水,周边建筑物沉降缓慢增加且最终沉降小于警戒值;锚钉支护中土钉轴力表现为轻微S型曲线,最大值约位于沿土钉长度3/4位置处;通过模拟结果与实测数据进行了对比分析,两者吻合较好,反分析获得银川地区典型土层HS-Small模型的参数取值,可作为银川地区类似深基坑工程数值模拟的依据。     

开挖卸荷土体本构模型研究方法

我国土木、水利、交通和矿山工程建设中广泛存在着由于开挖卸荷引起的土体位移及稳定问题,传统的极限平衡方法不能考虑土体应力应变关系和应力历史等因素,安全系数的计算与工程实际存在偏差。以变形量为失稳判据的有限元强度折减法,考虑了土体应力应变关系,一定程度上可以弥补传统方法的缺陷,但目前针对开挖卸荷应力路径条件下土体应力应变规律研究偏少,限制了有限元强度折减法的作用,导致开挖卸荷相关问题不能很好地解决。因此本文针对卸荷土体应力应变规律研究工作给出了相应的思路和方法:采用室内卸荷应力路径试验,寻找合适的土体卸荷本构模型,在探索采用常规试验获取模型计算参数的实用方法和取用原则的同时,对开挖土体应力变形进行分析,进而结合有限元轻度折减法对实际开挖工程进行有限元数值模拟,与现场监测结果相比较,对模型和参数确定方法进行修正。应用这种方法,可以得到反映开挖卸荷实际的土体本构模型及其参数确定方法。     

适用于砂土基坑变形分析的土体本构模型应用

我国现行的基坑设计规范条文中没有明确基坑土体变形计算的方法,尝试运用有限差分数值计算分析的方法进行砂土基坑土体变形规律分析。基于常规的土工试验结果,分析了砂土的受力和变形特征,并将分析结果作为本构模型选择的依据。经对比分析,认为FLAC3D自带的Cysoil本构模型能够描述砂土常规加卸载应力路径下的力学性质;同时还研究了Cysoil本构模型参数的取值方法以及采用Cysoil本构模型进行基坑开挖支护过程的模拟。最后将Cysoil本构模型应用于孟加拉国某深基坑工程中,得到的围护结构和内支撑变形规律与理正深基坑设计计算软件相同,在此基础上,进一步分析了数值计算得到的坑周土体变形特征。由于基坑开挖过程是土体卸荷的过程,卸荷回弹是基本趋势,因此只有在围护结构和内支撑的刚度不能维持土体弹性状态的部位,坑边土体才会出现沉降变形。研究成果可为类似工程基坑的设计提供参考,以优化围护结构和内支撑刚度。     

深基坑变形特性的离心模型试验、数值计算与现场实测对比分析

依据背景工程特点进行抽象简化,得到合适的离心模型试验方案,采用离心模型试验分析紧邻地铁枢纽深基坑工程变形特性。同时建立三维有限元模型对上海地区某紧邻地铁超深基坑变形特性进行数值模拟,分析中土体本构关系采用考虑土体小应变特性的HSS模型进行描述,并与现场实测结果进行对比分析。研究表明:模型试验、理论计算及现场实测3种方法所得出的深基坑变形特性定性规律基本一致,但在量值上有较大的差别,其中采用考虑土体小应变特性的HSS模型能够较好地模拟超深基坑的变形特性。     

武汉老黏性土小应变硬化模型参数的试验研究

随着城市建设的迅速发展,基坑环境对变形要求越来越严格。小应变土体硬化模型（ＨＳＳｍａｌｌ） 能考虑在小应变条件下土体刚度呈非线性变化的特征,逐渐成为城市深基坑数值模拟常用的本构 模型之一。推广应用该模型的关键是如何确定不同土体的模型参数。针对武汉地区天然老黏性土,利 用高压固结仪和ＧＣＴＳ动三轴仪进行了固结试验、三轴剪切试验和小幅值动三轴试验研究,分别获得了 压缩指标、强度参数和小应变刚度。在此基础上,应用ＰＬＡＸＩＳ软件模拟了三轴固结不排水剪切试验,通 过与实测曲线对比进一步修正了ＨＳ－Ｓｍａｌｌ模型参数。结果表明,ＨＳ－Ｓｍａｌｌ模型可以较好模拟天然老 黏性土峰前应力应变关系,采用低幅值动三轴试验获得小应变刚度是一种值得推广的实用方法。     

轴对称柱坐标系下固结模型的建立及应用

为模拟井点抽水引起的圆形基坑内外土体位移和地下水位的变化,建立了轴对称柱坐标系下的饱和-非饱和土固结模型,不仅考虑了固结过程中地下水流动引起的饱和度和相对渗透系数的变化以及土骨架变形引起的孔隙率和饱和渗透系数的变化,还考虑了地下结构物的变形特性。基于上述模型,通过模拟圆形基坑抽水-水位恢复试验,研究地下连续墙对水头和土体位移的影响;另外,以上海世博500 k V地下输变电站基坑的抽水试验为例,模拟圆形基坑降水过程,将本模型的数值结果与其他计算结果对比,从而验证模型的准确性和实用性。     

考虑应变软化效应的裂隙岩体损伤本构模型的开发及应用

地下洞室埋深愈深,应变软化现象愈明显。为研究深部裂隙岩体开挖后巷道围岩的变形特征,基于应变软化模型,结合裂隙岩体损伤及演化本构方程,利用FLAC^3D软件的二次开发功能,采用VC++编程语言,建立考虑应变软化效应的裂隙岩体损伤本构模型。以某矿井地下圆形巷道开挖为例,分别采用应变软化模型和自开发的本构模型对该算例进行数值模拟,巷道围岩的位移、塑性区和安全系数的对比结果表明,开发的本构模型能够较好地反映出岩体应变软化特性和裂隙对岩体的损伤作用,可对维护围岩体的稳定性提供参考。     

地下连续墙支撑开挖监测及数值模拟

地下连续墙是保持深基坑开挖稳定性的重要技术之一,在地下连续墙基坑开挖过程中如何确保结构的稳定是岩土工程界十分关注的问题。以南京市区某基坑项目为例,通过测斜仪分析开挖过程中地下连续墙的变形趋势,采用数值软件对基坑开挖进行模拟,对比分析莫尔-库仑本构(M-C)模型和硬化土体模型(HS)的计算结果与实测结果之间的差异。结果表明,M-C模型会高估地连墙体底部的水平运动,而HS模型会低估地墙底部位移,但因HS模型计算的位移和实际测量位移之间的强相关性,因此数值模拟方法建议采用硬化土体模型(HS)进行建模,可以用来作为基坑开挖地连墙的初步变形趋势判断。     

土体非线性影响的深基坑支护研究综述

就土体本构模型及参数、非线性分析方法的改进和计算成果三个方面，回顾国内外近２０年来的研究进展，指出存在的问题及解决的方法，针对基坑开挖特有的应力应变关系和应变集中现象，单独建立适于基坑开挖分析的土体本构模型；加强软土基坑开挖的非线性分析研究；改进有限元分析方法（如单元剖分等）；开展三维问题研究等     

建筑工程施工对临近地铁安全性影响因素分析

随着城市建设高速发展,城市建筑错综复杂,在建设中彼此相互影响。其中建筑工程施工对临 近地铁安全性影响尤其复杂,因而有必要对地铁进行安全性影响因素分析。首先归纳总结了建筑工程 施工对临近地铁安全性影响因素:工程桩施工、基坑降水、基坑开挖和主体结构施工。其次以哈尔滨市 某建筑工程施工为例,运用有限差分软件ＦＬＡＣ3Ｄ,考虑土体小应变变形,建立基坑开挖数值模型,按照实 际施工工况进行数值模拟分析,求取地铁结构相关变形值并分析基坑开挖对地铁的影响。计算结果表 明,由于基坑开挖,地铁隧道及结构有朝向基坑变形趋势,越是靠近基坑其变形越大,所得变形值仍在安 全范围之内。上述分析为基坑开挖对临近地铁安全性影响预评估提供一种操作可行的办法。     

水闸深基坑开挖对紧邻桥梁桩基的影响分析

以厦门马銮湾水闸深基坑工程为研究对象,邻近大桥位于水闸深基坑开挖区域之中,下部结构为钻孔桩基础,基坑开挖降水对该桩基础会造成显著影响,为评估紧邻桥梁桩基产生的附加变形,采用土工有限元分析软件,考虑桩土相互作用,建立基坑开挖模型,土体采用HS模型模拟,深入分析桩身水平位移和弯矩的变化特性,并研究了基坑降水开挖时基坑与紧近桩基的间距、桩基刚度、支护刚度、桩头约束以及降水等各种影响因素。研究表明:基坑的开挖降水对紧邻桥桩的影响效应明显。更多还原     

考虑流-固耦合作用的深基坑变形性状研究

为研究渗流-应力耦合作用下基坑支护作用机理与变形性状,采用有限元分析方法对渗流影响下基坑开挖支护模型进行计算分析,并将监测结果与数值模拟数据相互对照,研究地下水对支护构件变形与土层位移的影响。研究表明:①工程降水状态下,地下水浸润线以下土层中,土体呈现为饱和状态,土体从非饱和朝向饱和状态过度下,基质吸力逐渐丧失,孔隙水压力也由负值逐渐转变为正值;②坑内降水形式下,降水井周边土体中孔隙水压力降幅较大,基坑两侧孔隙水压力在连续墙附近发生明显突变;③考虑地下水渗流及工程降水前后,连续墙体变形增幅达到21.818%,坑底土体的隆起量降低幅度达32.571%,工程降水对基坑开挖面土体表现出明显的压密作用。     

基于应变率损伤本构模型的围岩分区破裂化现象数值模拟

为了探究深部巷道围岩的分区破裂化现象,利用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟,使用Cowper-Symonds本构模型结合GISSMO模型,将巷道的开挖视为动力过程。从岩石的细观角度出发,考虑岩石的应变率效应以及损伤对岩石的力学性质的影响,构建应变率损伤本构模型。同时结合应力三轴度,以更全面地描述岩石在各种应力条件下的力学特性,并基于最大应变和最大拉应力准则建立单元破坏准则。对岩石进行单轴压缩数值、掘进开挖法模拟及实际观测的结果表明:岩石单轴压缩全应力-应变曲线拟合效果较好;掘进开挖速率对分区破裂化现象有影响;掘进开挖法的分区破裂化模拟结果与实际观测数据具有一定的一致性。提出的模型对于围岩分区破裂化现场的模拟及预测有一定的参考意义。     

不同本构模型对近接施工力学响应的影响研究

以成都地区的一紧邻地铁车站的大型基坑工程为例,采用FLAC 3D开展近接施工力学响应的数值模拟研究,基于岩土体变形、地铁结构变形及受力特征来对比分析不同本构模型的异同和适用性。研究结果表明,Cysoil模型能够有效避免因基坑开挖引起地表异常隆起现象,而对近接施工对结构的变形及受力特征影响来说,两种不同本构模型规律相似,只是在数值上存在较小差异。     

基于综合结构势的结构性黄土双硬化参数模型

为了很好地模拟结构性黄土的宏观力学特性,反映结构性对土体应力应变特性的影响,基于综合结构势的思想,定义了黄土的结构性定量化参数。在沈珠江双硬化参数模型的基础上,引入结构性参数,建立了考虑结构性的双硬化参数模型。通过模型预测结果与实测结果的对比,验证了该模型的合理性。通过引入考虑土结构性的综合结构势参数,进一步将黄土对水的敏感性考虑进土体本构关系中,使得结构性黄土试样的宏观应力应变特性得到合理描述。     

考虑地表荷载的基坑降水开挖应力应变分析

考虑渗流-应力耦合作用下的基坑开挖是当前的研究热点。为定量研究地表荷载对基坑降水开挖过程中土体应力应变特性的影响,基于有限单元法,对某基坑的开挖过程进行模拟。结果表明:地表荷载对基坑开挖造成的位移和应力松弛影响很大,基坑底部卸荷回弹隆起明显;地表荷载对渗流路径和渗流速度没有影响,墙趾附近水流流速最大,易发生流土现象;存在地表荷载一侧的基坑边坡稳定性更低,连续墙发生更大的位移、轴力和弯矩。研究成果可为类似基坑工程降水开挖的设计和施工提供参考。     

框架逆作与顺作超大深基坑变形特性对比研究

针对某工程的框架逆作超大基坑,在考虑连续墙和土体之间的接触问题的基础上,采用Z Soil数值分析软件进行三维有限元数值模拟,其中土体采用能够反映土体硬化特性的Hardening-Soil模型。在此基础上,对框架逆作法施工与顺作法施工和全逆作法施工两种方案的围护结构侧移、墙后地表沉降和基坑二次变形等基坑变形特性进行了对比研究。结果表明:基坑开挖至底时,顺作基坑墙体最大侧移和地表最大沉降远大于框架逆作法和全逆作法基坑;全逆作法与框架逆作法基坑在拆除支撑后,其基坑墙体二次变形基本不变。     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

FLAC~(3D)粘弹性模型的二次开发及其应用

针对FAC3D(Version2.0)提供的粘弹性本构模型难以描述岩体变形随时间发展趋于稳定的现象,对FLAC3D的粘弹性模拟功能进行了开发,导出广义Kelvin模型的中心差分格式,并采用FLAC3D内嵌功能较强的FISH语言和FLAC3D的相关命令研制了广义Kelvin模型的接口程序。通过检验算例说明了开发思路和接口程序的正确性,同时还指出了二次开发时应注意的一些问题,并对基坑开挖进行了实例分析,结果符合基坑开挖变形规律。