基于不同本構(gòu)模型的樁錨基坑支護(hù)數(shù)值變形對比分析

沈翔

摘 要：為了研究樁錨基坑支護(hù)數(shù)值模擬中采用不同本構(gòu)模型時基坑變形定性的規(guī)律，本文采用PLAXIS數(shù)值分析軟件，分別采用 HS模型和M-C模型分析非降水和降水開挖后基坑變形，并進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：土體采用HS模型計算出的沉降比M-C計算結(jié)果大，坑底隆起比M-C計算結(jié)果小;

關(guān)鍵詞：HS模型;M-C模型;基坑變形;PLAXIS

引言

基坑變形數(shù)值分析中，首先需要選取一個合適的本構(gòu)模型，經(jīng)典的本構(gòu)模型包括摩爾-庫倫模型、土體硬化模型、修正摩爾-庫倫模型、修正劍橋模型等，每個模型都有不同優(yōu)缺點和適用條件。在不考慮數(shù)值分析中土體的蠕變性時，可以采用M-C模型（摩爾-庫倫模型）和HS模型（土體硬化模型）。國內(nèi)外很多學(xué)者研究了各種本構(gòu)模型的適用性以及其區(qū)別，本文采用PLAXIS數(shù)值模擬軟件，分別基于HS 模型和M-C模型，探究上述模型在樁錨基坑中變形的規(guī)律。

一、HS模型簡介

該模型來源于標(biāo)準(zhǔn)排水三軸試驗主加載下豎向應(yīng)變ε1和偏應(yīng)力q之間的雙曲線關(guān)系，一般適用于軟土和硬土在內(nèi)的不同類型土體的模擬，其加載模量和卸載模量分別定義，并引入了蓋帽型屈服面，即在主應(yīng)力空間中隨著塑性應(yīng)變而膨脹，能夠同時考慮剪切硬化和壓縮硬化，并且采用莫爾-庫倫破壞準(zhǔn)則，HS模型能夠反映應(yīng)力路徑對參數(shù)的影響，所以適用于各類土質(zhì)條件下的深基坑開挖數(shù)值模擬計算。

二、計算模型及參數(shù)選取

1、計算模型

基坑寬20m，深10m，土體為單一均質(zhì)粉質(zhì)粘土層?；禹敳康乇砭嗷舆?～12米范圍內(nèi)有10kPa均布荷載，地下水位埋深3米。選用樁錨支護(hù)：上部支護(hù)樁等效厚度0.6m，嵌固深度為5m，兩層錨桿，每層預(yù)應(yīng)力均為200kN/m，上層錨桿總長15m，錨固長度3m，傾角30°;下層錨桿總長10米，錨固長度4m，傾角35°。模型水平方向取40米;豎直方向取20米。采用15節(jié)點三角形單元劃分網(wǎng)格，共劃分336個單元，如圖2-1所示。

圖2-1 幾何模型及網(wǎng)格劃分圖

2、參數(shù)選取

選用土體參數(shù)如表2-1所示。

3、施工工況模擬

（1）施工支護(hù)樁，施加地面荷載;（2）開挖至地表以下3m位置;（3）施工第一層錨桿;（4）開挖至地表以下7m位置，降低開挖范圍內(nèi)地下水位至該深度;（5）施工第二層錨桿;（6）開挖至坑底，降低開挖范圍內(nèi)地下水位至坑底。

4、計算結(jié)果

將該模型分別以非降水開挖方式（采用HS土體模型）、降水開挖方式（采用HS模型和M-C模型）進(jìn)行計算，得出結(jié)果如圖2-2所示。

結(jié)束語

1、基坑降水和承壓含水層降壓是引起周邊區(qū)域性地面沉降的主要原因。當(dāng)采取降水措施時，坑外土體消失的浮力轉(zhuǎn)化為自重應(yīng)力，可視為土體有效應(yīng)力增大，因此產(chǎn)生固結(jié)沉降，沉降值比非降水開挖計算結(jié)果大得多。

2、土體采用HS模型計算出的沉降比M-C計算結(jié)果要大，但是坑底隆起比M-C計算結(jié)果小很多，這是由于采用HS模型的土體表現(xiàn)較硬，而采用MC土體模型，開挖底部隆起較多，支護(hù)樁受到向上推力，減小了沉降。由于基坑開挖深度不大，坑底土體為彈性隆起，呈現(xiàn)“中間大兩側(cè)小”的分布形式，是否采用降水開挖方式對坑底隆起的計算結(jié)果差別不明顯。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：廣州大學(xué)）