冻土墙围护深基坑开挖的蠕变有限元数值模拟.pdfVIP

第 23 卷 　第 2 期 西 安 科 技 学 院 学 报 Vol . 23 　No . 2 　2003 年 6 月 　J OU RNAL OF XI’AN UN IV ERSI T Y OF SCIEN CE AND TECHNOL O GY J un . 2003 　　文章编号 : 167 1 - 19 12 (2003) 02 - 0 147 - 04 冻土墙围护深基坑开挖的蠕变有限元数值模拟 王连花 , 杨更社 , 李宝花 , 张全胜 (西安科技学院 建筑与土木工程学院 ,陕西 西安 　7 10054) 摘 　要 : 讨论了有限元数值法在冻土墙围护深基坑开挖中的应用 ,给出了适合于冻土墙的流变 模型 ,并进行了参数识别 。在考虑时间因素的前提下 ,对冻土墙围护深基坑开挖进行了蠕变有限 元数值模拟 ,得到了墙体及基底变形随时间的变化规律 ,并和利用弹塑性模型计算出的结果进行 了比较 ,得出了一些有意义的结论 ,为今后冻土墙的设计施工提供了重要的参考价值 。 关键词 : 冻土墙 ; 蠕变 ; 有限元 ; 数值模拟 中图分类号 : TU 452 　　　文献标识码 : A 0 　引　言 随着城市建设的迅猛发展 ,大量的深基坑工程应运而生 ,且规模和深度不断加大 ,基坑围护尤其是沿 海软弱地基中深基坑的围护便成了突出的难题 。研究表明[ 1 ] :使用人工冻结法进行基坑壁围护是行之有 效的方法 。冻结法是通过人工制冷使地层冻结 ,并在冻结壁保护下进行地下工程开挖的一种特殊施工技 术[2 ] 。冻结法应用于矿井建设已有悠久的历史和相当成熟的理论 ,但在中国基坑工程中应用较少 ,且理 论研究不足 ,特别是在冻土墙围护深基坑开挖变形计算的研究方面 。尽管国内有不少同行在这方面作了 研究 ,但各有侧重 。文献[ 3 ] 利用 AN SYS 程序对某深基坑冻土墙的受力与变形进行了数值模拟 ,重点考 虑了冻土墙内环向压应力对墙体变形的影响 。文献[4 ]利用扩充的N CA P - 2D 二维非线性有限元程序对 冻土墙围护深基坑开挖的工作性状进行了数值模拟 ,分析了均匀温度场与非均匀温度场下墙体变形的差 异性 。由于冻土具有发育随时间发展而超过瞬时弹性变形若干倍的粘塑性蠕变变形能力 ,且用冻土墙围 护的深基坑 ,在实际施工过程中存在时间效应 ,墙体应视为流变体来考虑 。为此 ,作者在考虑时间因素的 前提下 ,对冻土墙围护深基坑开挖进行了蠕变有限元数值模拟 ,给出了墙体及基底的变形随时间的改变而 改变的变化规律 ,并和利用弹塑性模型计算出的结果进行了比较 ,得出了一些有意义的结论 。 1 　模型及参数的识别 模型识别是了解事物对象本质的过程 。对冻土流变模型的辨识 ,实际上是利用试验数据 ,建立各种能 够在一定程度上反映冻土流变本质的本构模型 。冻土力学模型的数学表达式有多种形式 ,如经验方程法 、 遗传蠕变法和流变组合模型法等 。经验公式反映的只是流变的外部现象 ,无法对内部机理加以反映 ,通用 性差 。遗传蠕变法不够直观 ,物理意义不够明确 ,且应用不方便 。流变模型法是采用一些基本元件来代表 物体的内部特性 ,通过元件的组合来构建力学模型 ,所得到的模型是微分形式的本构模型 ,具有比较直观 、 物理意义明确等优点 。从工程上对模型的要求出发 ,综合考虑了衡量模型可用性的两个重要标准 :简便性 与精确性 ,给出了适合于冻土墙的组合模型 ———西原体模型 。 收稿 日期 : 2003 - 03 - 0 1 ( ) 基金项 目: 国家自然科学基金项 目 ( ) 作者简介 : 王连花 1977 - ,女 , 山东淮坊人 ,硕士研究生 ,主要从事岩土力学与工程的研究工作. 148 西 安 科 技 学 院 学 报 　　　　　　　　　　　　　2003 年 　 E σ σ