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众所周知,岩土工程中的边坡、路基、基坑工程、隧道工程等,其稳定性、变形问题的分析大多为平面应变问题。但在工程实践中,土体力学特性指标仍是通过常规轴对称三轴压缩试验得到,这样的土体参数直接应用于平面应变条件下的工程问题中必然会带来较大误差;与此同时,建立在常规轴对称三轴压缩试验条件下的土体本构关系在应用于平面应变条件时也存在一定的问题。因此以平面应变条件为基础的土体性能研究和本构模型修正具有较强的针对性和重要的现实意义。 目前,我国处于城市建设的高速发展阶段。随着城市中建筑用地的日益紧缺,人们更热衷于对地下空间的开发,大量大规模、高难度的基坑工程随之涌现。对基坑工程稳定性和变形控制的研究变得越来越重要。 本文以汕头市软土为研究对象,模拟基坑工程周围土体的应力路径进行了大量的平面应变实验,包括等固结比平面应变加载试验、不同固结比平面应变加载试验、不同固结比平面应变侧向卸载试验、考虑应力历史影响的平面应变实验等。将平面应变实验数据与常规三轴试验结果进行比较,得到土体在两种状态下强度和变形规律的异同点。 Duncan-Chang模型是目前实际工程中应用较多的土体本构模型。本文对该模型在反映土体应力路径和平面应变问题中所表现出来的不足进行了分析和适当的修正。在不改变Duncan-Chang模型双曲线建模思路的情况下,推导出平面应变状态土体侧向卸载切线弹性模量公式和考虑中主应力影响的平面应变加载切线弹性模量公式,并依据实验数据确定出了相关模量公式的参数。 本文以汕头市一个基坑工程为例,用大型岩土有限元软件PLAXIS对基坑开挖过程进行了数值模拟。将每一步开挖的模拟结果、开挖完成模拟结果、实测结果和考虑平面应变强度影响的数值模拟结果进行分析比较。发现数值模拟结果能很好地反映基坑的实际变形性状和解释一些实际工程现象;考虑平面应变强度可以减小基坑变形,使模拟值更接近实测值,而且能在一定程度上改善支护桩体的受力状态。