【摘 要】
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近年来,我国城市随着地下空间开发的迅速发展,基坑工程有增无减。深基坑的开挖,对坑底土和围护桩/墙来说,分别是一个竖向和水平方向的卸荷过程。土是一种散粒体,在首次加载阶段呈现弹塑性,在卸荷阶段则更多地表现出弹性,从而在一次加、卸荷循环结束时,会出现残余塑性变形,土中应力一般难以恢复到起始的状态,即会出现所谓的残余应力。基坑开挖相当于卸荷,对基坑坑底土来说,残余应力的存在,将减少开挖卸荷对土中应力的影
【基金项目】
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国家自然科学基金会经费资助(No:51379122);
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近年来,我国城市随着地下空间开发的迅速发展,基坑工程有增无减。深基坑的开挖,对坑底土和围护桩/墙来说,分别是一个竖向和水平方向的卸荷过程。土是一种散粒体,在首次加载阶段呈现弹塑性,在卸荷阶段则更多地表现出弹性,从而在一次加、卸荷循环结束时,会出现残余塑性变形,土中应力一般难以恢复到起始的状态,即会出现所谓的残余应力。基坑开挖相当于卸荷,对基坑坑底土来说,残余应力的存在,将减少开挖卸荷对土中应力的影响程度乃至影响深度,对降低坑底土隆起和基坑围护桩/墙受力及其插入深度,可能会起到有益的作用,值得深入研究。本文研究内容及其成果主要分为以下三个部分:(1)利用K0固结压缩仪,对干砂与饱和黏土试样进行了不同固结压力下的加卸荷试验,记录了每级荷载作用下的水平向应力值和回弹量。试验结果表明,在加载阶段,土体的水平向应力与竖向应力是直线关系,土体的静止侧压力系数比较稳定,但不同固结压力作用下的土体静止侧压力系数是不同的;在卸载阶段,土体的水平向应力与竖向应力是曲线关系,土体水平向存在残余应力,且土体的大部分回弹量发生在卸荷后期。(2)为了同时研究土体卸荷状态下水平和竖向的残余应力特性,本文自制了小型模型试验装置,并对砂土、饱和黏土进行试验研究和比较分析。试验结果表明,在卸荷过程中,干砂与饱和黏土都存在竖向残余应力和水平向残余应力,且埋深越大,残余应力越大;同时土中竖向应力和水平向应力的释放是不同步的,水平向应力残余率比竖向应力残余率要高。(3)基于以上两种室内试验的结果,从土体卸荷回弹量、卸荷水平向残余应力、卸荷竖向残余应力三个角度,初步分析了基坑开挖时坑底土体卸荷的影响深度。结果表明,饱和黏土的开挖影响深度较干砂的大得多;而对每种土,其竖向应力受开挖的影响深度较水平向的大得多。(4)利用离散元数值分析软件PFC 2D,从土体微观的角度,初步探讨了试验容器侧壁摩擦、砂颗粒之间的摩擦对加载阶段干砂内部应力的影响;以及影响干砂卸载残余应力特性的因素。数值模拟结果表明,在加载阶段,增大侧壁摩擦会减小干砂内部的应力,但砂颗粒之间的摩擦对干砂的应力影响更为明显;在卸载阶段,侧壁摩擦和颗粒之间的摩擦对干砂卸荷应力释放规律几乎没有影响,干砂内部变形和约束不同才是影响应力释放程度大小的主要原因。
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