基坑開(kāi)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(guó)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(qiáng)大的適用性，正日益成為深基坑工程計(jì)算分析的強(qiáng)有力工具。以往基坑開(kāi)挖有限元分析經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(kāi)挖有限元數(shù)值模擬為工程背景和研究?jī)?nèi)容，對(duì)其中的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題-土體本構(gòu)模型和計(jì)算參數(shù)反演展開(kāi)研究，研究工作成果如下：

2、1．為了模擬基坑開(kāi)挖卸荷過(guò)程中加載土體從初始應(yīng)力狀態(tài)開(kāi)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(jì)算技術(shù)，編制了基于改進(jìn)Durcan-Chang模型的基坑開(kāi)挖有限元計(jì)算程序MDC-Excavation。通過(guò)對(duì)某基坑開(kāi)挖模擬

3、，并與觀測(cè)值比較，初步驗(yàn)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(kāi)挖中土體的流變性，編制了相應(yīng)的粘彈性有限元計(jì)算程序EV-Excavation。以上海某軟土基坑開(kāi)挖為例，預(yù)測(cè)了基坑開(kāi)挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形性狀，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)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(kāi)挖變形的依時(shí)性特征。 4．為了得到軟土基坑開(kāi)挖模擬的等效計(jì)算參數(shù)，將單純形法引入到軟土基坑開(kāi)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(shí)例計(jì)算表明，在初值選擇較好情況下，Back-EV能得到較為理想的計(jì)算結(jié)果。 5．針對(duì)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(jī)單純形法，然后將其應(yīng)用到軟土基坑開(kāi)挖位移反分析中，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算程序RSMB-Excavation.數(shù)值實(shí)驗(yàn)和實(shí)例計(jì)算表明，隨機(jī)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(shí)隨機(jī)單純形法也不依賴于單純形初值的選取，因此隨機(jī)單純形法是基坑開(kāi)挖