基坑開挖的數(shù)值模擬及土體本構(gòu)模型和參數(shù)反演研究.pdf

1、隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展和大型水利工程的不斷涌現(xiàn)，深基坑工程日益增多，且規(guī)模和深度不斷加大。有限元法由于強大的適用性，正日益成為深基坑工程計算分析的強有力工具。以往基坑開挖有限元分析經(jīng)驗表明，有限元模擬結(jié)果的可靠性極大地依賴于所使用的土體本構(gòu)模型和計算參數(shù)。然而，目前關(guān)于這方面的研究尚不完善。為此，本文以深基坑開挖有限元數(shù)值模擬為工程背景和研究內(nèi)容，對其中的兩個關(guān)鍵技術(shù)問題-土體本構(gòu)模型和計算參數(shù)反演展開研究，研究工作成果如下：

2、1．為了模擬基坑開挖卸荷過程中加載土體從初始應(yīng)力狀態(tài)開始持續(xù)地發(fā)生非線性彈塑性變形這一特性，將巖土彈塑性理論引入到Durlcan-chang模型中，將Duncan-Chang模型改進(jìn)、發(fā)展成一種新的彈塑性土體模型(即改進(jìn)Duncan-Chang模型)。 2．詳細(xì)分析了改進(jìn)Duncan-Chang模型的數(shù)值計算技術(shù)，編制了基于改進(jìn)Durcan-Chang模型的基坑開挖有限元計算程序MDC-Excavation。通過對某基坑開挖模擬

3、，并與觀測值比較，初步驗證了改進(jìn)Duncan-Chang模型的合理性。 3．提出用五元件粘彈性土體模型模擬軟土基坑開挖中土體的流變性，編制了相應(yīng)的粘彈性有限元計算程序EV-Excavation。以上海某軟土基坑開挖為例，預(yù)測了基坑開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形性狀，通過與現(xiàn)場觀測值比較，表明五元件粘彈性土體模型能較好地模擬軟土基坑開挖變形的依時性特征。 4．為了得到軟土基坑開挖模擬的等效計算參數(shù)，將單純形法引入到軟土基坑開挖位移反分析

4、中，編制了相應(yīng)的位移反分析程序Back-EV。實例計算表明，在初值選擇較好情況下，Back-EV能得到較為理想的計算結(jié)果。 5．針對單純形法易于陷入局部極值和嚴(yán)重依賴初值的缺陷，提出了隨機單純形法，然后將其應(yīng)用到軟土基坑開挖位移反分析中，開發(fā)了相應(yīng)的計算程序RSMB-Excavation.數(shù)值實驗和實例計算表明，隨機單純形法能更好地找到全局最優(yōu)解或近似最優(yōu)解，同時隨機單純形法也不依賴于單純形初值的選取，因此隨機單純形法是基坑開挖