陳秀軍

（河北海創(chuàng)巖土工程有限公司，河北唐山063500）

1 引言

目前我國深基坑工程也就越來越多，在當前的基坑工程中，由于各場地地形條件、工程地質條件、施工技術等越來越復雜，故建立盡量接近現(xiàn)場實際的計算模型是基坑分析的首要任務。本文以土的硬化模型為基礎，通過有限元軟件MADIS/GTS對唐山市漢沽開發(fā)區(qū)某項目進行數(shù)值模擬分析，并且來探討基坑開挖施工過程中支護結構的位移、受力等的變化規(guī)律，為變形控制設計與工程監(jiān)測提供依據。

2 硬化土模型

硬化土模型由于具有可考慮土體壓縮性、可模擬土體應力增量隨應變逐漸減小的硬化現(xiàn)象、能更好反映土體卸荷時的應力–應變關系、能考慮土體的剪脹性及中性加載、采用MC破壞準則、模型主要參數(shù)可通過常規(guī)三軸試驗及固結實驗獲取等優(yōu)點，而在基坑開挖支護數(shù)值分析中得到較廣泛推廣應用。[1]

由于塑性應變的影響，土的硬化模型屈服面在主應力空間中不是固定而是膨脹的，其包含剪切硬化和壓縮硬化2種主要硬化類型，并能模擬包括軟土和硬土在內的不同類型的土體變形行為。硬化模型構造是以三軸加載下豎向應變和偏應力q之間的雙曲線關系為基礎，并做了3個方面的改進：①使用塑性理論；②考慮了土體的剪脹性；③引入了一個屈服帽蓋。由硬化土模型基本原理，硬化土模型包括強度參數(shù)、剛度參數(shù)和高級參數(shù)3大類11個參數(shù)，分別為土體的內摩擦角φ，黏聚力c，剪脹角ψ，土體破壞比Rf，土體參考應力Pref，土體固結排水三軸壓縮試驗的參考割線剛度模量土體固結試驗參考切線模量、土體卸載再加載試驗參考模量、土體模量應力水平相關冪指數(shù)m、土體卸載再加載泊松比Vur、土體正常固結時的側壓力系數(shù)K0。其中內摩擦角φ，黏聚力c，剪脹角ψ均可根據三軸固結排水或三軸固結不排水試驗確定，也可根據實際經驗確定。需根據圍壓100 kPa時循環(huán)加載試驗的q-ζ曲線確定，應根據圍壓100 kPa時的固結試驗曲線σ1-ζ1確定。Vur為卸載再加載泊松比(一般可取0.2左右)。

3 工程概況

基坑位于唐山市漢沽開發(fā)區(qū)，基坑深度5m，基坑周邊環(huán)境條件簡單，主要為施工道路，基坑采用單排樁加坑內留土放坡的支護方式，樁長12m，樁徑600mm，間距1.5m?；影踩燃壢?。

4 工程地質條件

支護方案簡圖

擬建場地地基土的主要特征如下：

第3層灰黑色粉土，擬建場地遍布，層底標高約為-12.42～-18.29m，層厚一般為 0.70～2.90m；含有機質，含云母，含粉砂顆粒，土質不均，搖振有反應。雙橋靜探qc平均值為4.01MPa，標貫擊數(shù)平均值為N=10.4擊，呈稍密～中密狀態(tài)，壓縮性中等。

第4層褐灰色粉質黏土，擬建場地遍布，層底標高約為-13.42～-17.06m，層厚一般為 0.9～3.7m；含有機質，夾粉砂顆粒，土質較均勻，雙橋靜探qc平均值為1.11MPa，標貫擊數(shù)平均值為N=5.4擊，呈可塑狀態(tài)，壓縮性中等。

場地土層參數(shù)見表1：

5 有限元計算模型

采用大型有限元軟件MADIS/GTS對本工程進行模擬分析，支護結構型式見支護方案簡圖，空間的作用對模型的影響不是太大，同時為了減少運算時間和建模時間，故采用2維的平面模型對基坑開挖進行模擬，采用軸對稱模型，模型尺寸定為30m×40m。巖土材料的本構模型均選取硬化土模型，對于排樁則選取為線彈性模型。模型如圖2所示。

表1 地層參數(shù)表

圖2 有限元模型圖

6 模擬結果及分析

通過模擬分析，得出了基坑水平位移、基坑垂直位移、排樁彎矩計算結果，基坑水平位移最大值出現(xiàn)在排樁底部以內，最大值12mm，垂直位移最大值出現(xiàn)在基坑底部隆起，最大值64mm，變形模式符合圓弧滑動原理。排樁最大彎矩出現(xiàn)在排樁中部，彎矩值89kN·m，根據此數(shù)值可進行排樁配筋設計。

圖3 基坑水平位移圖

圖4 基坑垂直位移圖

圖5 排樁彎矩圖

7 結論

本文應用硬化土模型對軟土地基的基坑進行了有限元模擬，主要的工作和成果如下所示：

①對軟土地基基坑進行了有限元模擬，得出排樁內留土放坡的變形、受力規(guī)律。

②硬化土模型模擬的基坑變形基本符合圓弧滑動原理，但基坑底部隆起值偏大，需繼續(xù)研究。

③為排樁內放坡留土計算模型提供了數(shù)據參考。