考虑土体小应变特性的南京地铁基坑变形特征与影响因素

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城市建设中为了保护地铁基坑周边既有建构筑物,往往将地铁基坑变形控制在较小范围内。通过现场实测资料发现,地铁基坑周边土体在工作荷载下普遍处于小应变状态。土体的刚度与应变相关,且具有明显的非线性,但工程实践中却鲜有考虑周边土体刚度变化对基坑变形的影响。本文依托《南京地铁“十三五”工程南京地区地铁基坑围护结构标准化设计》课题,对南京长江漫滩相软土开展室内试验,结合现场监测与数值仿真,研究考虑土体小应变特性的地铁基坑变形特征及其影响因素。主要研究内容如下:
  (1)对南京地区进行工程单元分区,统计各区典型土层及参数,总结常用地铁基坑围护结构。明确以南京长江漫滩相软土中地连墙加内支撑支护结构组成基坑工程作为本文研究对象。
  (2)开展了南京长江漫滩相软土的固结试验和三轴试验,标定出南京长江漫滩相软土 HSS 模型整套参数,给出了土体的最大剪切模量Gmax的经验公式,归纳了Ex1-2、E oed ref、E50ref、Eurref和G0ref这几种模量的比例关系。
  (3)采用弯曲元与霍尔效应传感器相结合的GDS应力路径三轴仪对南京长江漫滩相软土开展小应变测试,揭示了地铁基坑开挖过程中土体小应变以及路径相关特性。结果表明,小应变范围内土体的剪切模量具有高度的非线性,随着剪应变的增大,土体的剪切模量发生显著的衰减;剪切模量与应力路径密切相关, TE应力路径(即p′为常数的三轴拉伸)下剪切模量明显大于RTC应力路径(即减压的三轴压缩)下剪切模量;弯曲元与霍尔效应传感器所获得的土体最大剪切模量差异显著。
  (4)以南京地铁某车站基坑为依托,进行了考虑土体小应变特性基坑工程的PLAXIS 2D数值仿真。结合现场监测数据,探讨了考虑土体小应变特性的地铁基坑变形特征及其影响因素。结果表明,考虑土体小应变特性的基坑开挖数值仿真结果与现场实测结果能够很好的吻合。墙后土体地表沉降呈“凹槽形”,地连墙水平位移随地连墙深度的增大而先增大后减小。地表沉降和水平位移均随开挖深度的增大而增大。施加支撑预加力、增大地连墙厚度和减小支撑间距均能减小墙后土体地表沉降和地连墙水平位移,但均不改变变形形态、最大地表沉降位置和最大水平位移位置。
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