基于HSS模型与MCC模型的深基坑降水开挖变形分析

在施工过程中基础、隧道和基坑周围土体除少数区域发生明显塑性变形外,其他大部分区域土体均处于小应变状态(10-2%~10-1%)。本文采用PLAXIS和ABAQUS有限元软件,土体本构模型分别采用HS-Small模型和MCC模型,模拟基坑降水开挖,对基坑变形结果进行对比分析。结果表明,修正剑桥模型由于未能考虑土体小应变特性,基坑位移变形模拟结果相对HS-Small模型偏大,弯矩模拟结果偏小。在进行敏感环境下的基坑降水开挖问题的数值模拟时,应采用能考虑土体小应变特性的本构模型,如HSS模型。     

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。     

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。     

土体初始侧压力系数对基坑有限元计算的影响

概述了基坑有限元模拟过程中与土体初始侧压力系数Ｋ０有密切关系的开挖荷载计算和土体本构模型两个方面的问题，分析了土体采用邓肯Ｅ～ν模型时Ｋ０值变化对基坑支护桩体位移的影响规律及其原因，归纳了现有的计算土体初始侧压力系数Ｋ０的几种方法，在实际应用时，可根据土体的具体情况，来计算土体的Ｋ０值．     

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。     

软土基坑卸荷对下卧既有隧道纵向变形影响研究综述

为全面了解软土基坑开挖对既有隧道纵向变形的影响，掌握既有隧道在基坑近接施工下的纵向变形响应特征以减少开挖对邻近既有隧道的影响。文章从理论研究、数值模拟以及实测分析等3个方面对国内外相关研究进行了总结，同时提出了基坑开挖对下卧隧道最大位移影响范围的实用边界模型，之后给出了有待下一阶段进一步研究的方向。主要结论如下:现有的分析方法都依赖于隧道处于假设状态的初始条件，未考虑隧道的已有“损伤”；数值模拟结果的合理性很大程度上依赖于所选择的本构模型与参数取值，更加适用于复杂应力条件的本构模型将是未来研究的重点；卸荷比对下卧既有隧道的影响明显，在软土地区的隧道上方进行基坑开挖，可通过调整卸荷比来减小对下卧隧道的扰动。随着基坑卸荷比的研究从“一维”逐步深入到“三维”，基于卸荷比的基坑开挖对隧道位移影响的预测准确度更高。     

软基底板外伸式涵洞衬砌结构有限元分析

本文采用填筑土体应力应变非线性双曲线模型，提出模拟涵洞施工分层填筑加载过程及填筑土体与衬砌结构联合作用的有限元分析方法，得出软基底板外伸式大型涵洞衬砌结构内力及衬砌周边填筑土体压力，开挖基面上边荷载的分布规律。计算成果已为实际工程设计采用。     

明挖地铁车站对临近桩基的影响分析

针对明挖地铁车站对临近桩基的影响问题,以兰州地铁1号线省政府车站为工程背景对其进 行了较为系统地研究和分析。采用岩土工程有限元软件ＰＬＡＸＩＳ3Ｄ建立了地铁深基坑以及临近建筑物 的三维有限元模型,土体采用ＨＳ－ｓｍａｌｌ小应变本构模型,既有建筑物桩基采用Ｅｍｂｅｄｄｅｄ桩单元,随基 坑开挖过程对既有建筑物桩基的变形及受力进行了分析。分析结果表明:临近建筑物一侧基坑的水平 位移量略比另一侧水平位移量大;既有建筑物筏板发生了倾斜变形,针对本工程其倾斜率为0．275％,满 足规范的设计要求;随着基坑的开挖,基坑的支撑体系对桩基的水平变形影响较大,同时桩基的轴力有 所增大,但变化量较小。     

超固结土塑性次加载面模型的数值实施及应用

为了研究软土固结等复杂的非线性本构关系,考虑超固结参数、潜在强度、硬化参数之间的相互影响,将基于Hvorslev面的超固结土的本构模型和大型非线性有限元计算软件ABAQUS结合起来,编写了相应的有限元本构模型子程序。通过用户子程序UMAT接口实现了该模型在软土结构分析中的应用,为正确评估和预测土体本构关系提供了一种简便有效的方法。以深隧洞的开挖为例,用此方法实现了土体结构的本构关系模型,使得计算结果更加接近实际情况,能够比较合理的模拟实际工程。     

软基底板外伸式涵洞衬砌结构的有限元分析

本文采用填筑土体应力应变非线性双曲线模型，提出模拟涵洞施工分层填筑加载过程及填筑土体与衬砌结构联合作用的有限元分析方法，得出软基底板外伸式大型涵洞衬砌结构内力及衬砌周边填筑土体压力、开挖基面上边荷载的分布规律。计算成果已为实际工程设计采用。     

考虑所有洞室开挖影响的蟠龙地下厂房结构特性分析

目前研究大型地下洞室群稳定问题所采用的计算模型为仅包含主厂房、主变室、母线洞及部分引水洞和尾水洞的三维简化模型,没有考虑其他洞室开挖对主厂房的影响,与实际工程不完全相符。为此,结合蟠龙水电站地下洞室群工程建立包含所有洞室的三维有限元模型及仅包含部分洞室的三维简化模型,采用三维非线性有限单元法研究洞室群在开挖过程中的变形规律和应力状态。结果表明:两种模型的应力、位移、塑性区的分布规律基本相似,包含所有洞室的三维有限元模型的计算结果普遍大于简化模型的计算结果,其中主厂房上游墙的水平位移差达19. 5%。从工程安全角度考虑,建议地下洞室群施工仿真分析选择包含所有洞室的三维有限元模型。     

古城水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护结构设计

结合古城水电站工程实际,对施工开挖过程中的围岩稳定问题进行了分析论证,并分析了典型工况下的衬砌受力。为验证引水隧洞施工开挖方式及衬砌型式的合理性,通过平面非线性有限元计算分析,确定各类围岩初期支护及二次支护参数,确保工程质量。     

基于响应面分析的隧洞开挖过程优化设计研究

为了更好地分析隧洞开挖过程中侧壁应力、变形等参数的变化情况,对岩体采用D-P准则模型设置材料性能,并且通过生死单元法的开挖方式来了解整个过程中隧洞侧壁应力的变化规律;同时建立了一种基于响应面的侧壁应力应变多目标优化方法,基于敏感度选取对侧壁应力应变有影响的关键参数,应用响应面方法建立变量与多目标函数的响应面多元回归模型,分析影响侧壁应力应变的参数交互作用,最终在满足隧洞设计要求的条件下,确定以降低侧壁应力与应变为目标的最优组合。结果表明:在开挖的过程中,主要应力变化集中在第2步开挖中,该过程中应力、应变的峰值和方向发生了极大的改变,应力峰值从9. 7×10~5Pa变为1. 47×10~6Pa,方向从沿侧壁向外转变为沿侧壁向内,这易导致隧洞侧壁的坍塌;在响应面分析优化下将截面长、截面宽组合设计为1. 35、2 m后,其应力峰值下降了10. 01%,采用生死单元开挖方式结合响应面优化的方法能够为隧洞设计优化和开挖过程参数提供有效的分析。     

边坡开挖对铁路隧道的影响分析

在已有铁路线附近施工,对桥梁和隧道等铁路构造物造成一定的影响,对既有铁路的运营形成一定的安全隐患。结合某铁路隧道附近的边坡开挖,通过有限元模拟计算,详细分析了边坡开挖对铁路隧道结构的影响。研究表明边坡开挖引起隧道的应力和变形较小,但爆破作业引起的振动对列车的运营存在安全隐患。     

开挖条件下非均质黏性土地基柔性桩筏基础非线性分析

为研究开挖对黏性土地基中柔性桩筏基础承载的影响,提出一种开挖条件下非均质黏性土地基中柔性桩筏基础非线性分析方法。采用有限元法对筏板进行分析。在考虑桩周土体开挖卸荷影响的基础上,基于荷载传递法,得出了开挖条件下非均质黏性土地基中基桩顶面柔度系数;基于层状弹性半空间理论,对开挖条件下非均质黏性土地基中桩土体系相互作用进行了分析;建立了开挖条件下非均质黏性土地基中桩土体系的柔度矩阵。采用有限元和有限差分相结合的方法得到了开挖条件下非均质黏性土地基柔性桩筏基础非线性简化分析方法。通过与已有试验和理论分析结果进行对比,验证了简化方法的正确性。计算结果表明:忽略开挖卸荷的影响,将低估开挖条件下桩筏基础中土体承担荷载的比例,并使得分析结果中筏板底部基桩桩顶荷载分布的不均匀性偏大。研究成果可为开挖条件下群桩基础和桩筏基础变刚度调平设计提供依据。     

考虑围岩蠕变特性的轴对称有限元非线性分析

本文采用轴对称非线性有限元方法分析竖洞开挖与混凝土的衬砌施工过程中围岩的应力应变，计算中引入破坏接近度的概念以判定材料的非线性及其破坏问题，分析了围岩的软化及其破坏形态，并进行了实际竖洞的蠕变分析。     

小净距隧道施工顺序FLAC3D模拟分析

第三系灵山组砾岩胶结程度较差,且软硬不均,该地层中修建水工隧洞难度颇大.保定市大水系湾子隧洞主洞全长4468m,在第三系地层中修建如此规模的隧洞在河北省尚属首例.煤矿悬臂式非全断面掘进机在该工程中的应用.为水工隧洞施工提供了新思路和成功范例.以此为例,说明在第三系砾岩等类似特殊地质条件下修建水工隧洞,在满足相关规范的基...     

小净距隧道施工顺序FLAC~（3D）模拟分析

以云南某地双线隧道工程为背景,采用FLAC3D数值模拟研究方法,对小净距隧道采用＂同向滞后开挖＂和＂对向开挖＂2种施工顺序下施工过程中的力学行为进行了对比分析,揭示出不同施工顺序下的地层剪应变增量、变形位移、应力及塑性区分布等相关方面的研究成果,得出＂对向开挖＂的施工方案优于＂同向滞后开挖＂方案的结论。同时也表明FLAC3D用于隧道围岩变形分析是可行的。     

大理岩卸荷变形特征及力学参数研究

岩体在开挖工程中卸荷,岩石轴向应力增加径向应力减小,可采用升轴压卸围压三轴试验模拟开挖过程。使用电液压伺服可控制刚性试验机,对取自某水电站的标准岩样进行常规三轴和升轴压卸围压三轴试验,根据两种试验方法下获得的应力、应变等试验数据分析得出了如下结论:(1)大理岩变形模量损伤因子M和初始围压σ3、泊松比损伤因子N和初始围压σ3均呈二次非线性关系。(2)侧向变形速度明显加快,宏观上表现出扩容,有较强的张性破坏特征,在围压相等的条件下卸荷,张性裂隙沿着两个方向发展,直至破坏。更多还原     

Application of thermodynamics-based rate-dependent constitutive models of concrete in the seismic analysis of concrete dams

This paper discusses the seismic analysis of concrete dams with consideration of material nonlinearity. Based on a consistent rate-dependent model and two thermodynamics-based models, two thermodynamics-based rate-dependent constitutive models were developed with consideration of the influence of the strain rate. They can describe the dynamic behavior of concrete and be applied to nonlinear seismic analysis of concrete dams taking into account the rate sensitivity of concrete. With the two models, a nonlinear analysis of the seismic response of the Koyna Gravity Dam and the Dagangshan Arch Dam was conducted. The results were compared with those of a linear elastic model and two rate-independent thermodynamics-based constitutive models, and the influences of constitutive models and strain rate on the seismic response of concrete dams were discussed. It can be concluded from the analysis that, during seismic response, the tensile stress is the control stress in the design and seismic safety evaluation of concrete dams. In different models, the plastic strain and plastic strain rate of concrete dams show a similar distribution. When the influence of the strain rate is considered, the maximum plastic strain and plastic strain rate decrease.