基坑开挖卸荷效应下土体力学性状研究

发布时间：2018-03-11 16:46

  本文选题：基坑开挖　切入点：固结试验　出处：《福州大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：基坑工程是土木工程中经常遇到,也是最为复杂的技术领域之一。基坑工程设计水平的提高,依赖于土体参数的合理选择以及土压力计算方法的合理性。长期以来,经过许多专家和学者的不懈努力,在土压力的计算上有很大进展,但是由于深基坑支护结构设计土体的抗剪强度指标均由土工试验中常规三轴压缩试验方法获得,忽略了深基坑开挖是土体卸荷的过程这一特定条件,使得深基坑支护结构的变形及土压力值较实际监测值有一定差异。本文考虑实际深基坑工程开挖卸荷这一特定条件,采用试验研究及有限元数值模拟计算分析手段,分析基坑开挖卸荷效应下土体力学性状。据此,本文对基坑开挖卸荷效应下土体力学性状研究做了以下几个方面的工作。(1)在普通高压固结仪上模拟基坑开挖卸荷效应下坑底土体的回弹变形,研究了福州淤泥质土卸荷回弹变形规律及卸荷影响深度；并分析了淤泥质土的临界卸荷比以及分界点卸荷比,在此基础上推导了回弹量的计算公式,并采用分层总和法估算了淤泥质土的回弹量。(2)根据深基坑开挖过程中基坑侧壁土体的实际应力状态,开展了四组符合深基坑开挖侧壁土体应力状态特点的三轴试验；模拟深基坑开挖卸荷效应下基坑侧壁土体的实际应力路径,求得土体抗剪强度,并与常规三轴压缩试验获得的抗剪强度进行了比较分析。(3)以三轴试验为基础,推导了土体在卸荷条件下的邓肯-张模型的模量值,以用于计算。(4)借助大型有限元软件MIDAS对典型的深基坑开挖工程进行模拟分析计算。通过对比土体在加载条件和卸荷条件下的地表沉降、坑底隆起和支护结构变形,研究了基坑开挖卸荷效应下土体力学性状。本论文研究成果对掌握深基坑开挖坑底土体卸荷回弹变形规律及卸荷影响深度,对估算坑底土体卸荷回弹量,对获得接近实际基坑开挖卸荷侧壁土体的抗剪参数,对土体在卸荷条件下的邓肯-张模型的模量值用于计算,对基坑支护结构设计具有重要的理论及实践意义。同时利用大型有限元软件MIDAS来验证在基坑开挖这一特定条件下上述理论的合理性。
[Abstract]:Foundation pit engineering is often encountered in civil engineering and is also one of the most complex technical fields. The improvement of foundation pit design level depends on the rational selection of soil parameters and the rationality of earth pressure calculation method for a long time. Through the unremitting efforts of many experts and scholars, great progress has been made in the calculation of earth pressure. However, the shear strength index of soil in deep foundation pit retaining structure design is obtained by conventional triaxial compression test method in geotechnical tests. The special condition that the excavation of deep foundation pit is the process of soil unloading makes the deformation and earth pressure of deep foundation pit support structure differ from the actual monitoring value. By means of experimental study and finite element numerical simulation, the mechanical behavior of soil under the unloading effect of foundation pit excavation is analyzed. In this paper, the mechanical properties of soil under the unloading effect of foundation pit excavation are studied in the following aspects: 1) simulating the springback deformation of soil under the unloading effect of foundation pit excavation on the common high pressure consolidation instrument. In this paper, the law of unloading springback deformation and unloading influence depth of Fuzhou silt soil are studied, and the critical unloading ratio and separation point unloading ratio of silty soil are analyzed. Based on this, the calculation formula of resilience is deduced. According to the actual stress state of side soil in deep foundation pit excavation, four groups of triaxial tests are carried out according to the characteristics of stress state of side wall soil in deep foundation pit excavation. By simulating the actual stress path of the side wall soil under the unloading effect of deep foundation pit excavation, the shear strength of the soil is obtained, and the shear strength obtained from the conventional triaxial compression test is compared with that obtained by the conventional triaxial compression test. The modulus of Duncan-Chang model under unloading condition is derived. In this paper, the finite element software MIDAS is used to simulate and calculate the typical deep foundation pit excavation. By comparing the ground subsidence, bottom uplift and support structure deformation of soil under loading and unloading conditions. The mechanical properties of soil under the unloading effect of foundation pit excavation are studied in this paper. The research results of this paper can be used to grasp the unloading deformation law and the unloading depth of the deep excavation pit bottom soil, and to estimate the unloading resilience of the pit bottom soil. For obtaining the shear parameters of the unloading lateral wall soil near the actual excavation condition, the modulus of the Duncan-Chang model of the soil under unloading condition is calculated. It is of great theoretical and practical significance to the design of foundation pit support structure. At the same time, the rationality of the above theory under the special condition of foundation pit excavation is verified by using the large-scale finite element software MIDAS.
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU43

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