复合土钉墙变形特性的颗粒流模拟的研究 硕士论述文答辩.ppt

(2) 基坑坑底隆起特征与细观机理分析 通过自己编写一个小程序，寻找开挖面处一定高度区域内的 颗粒来监测基坑开挖前后引起的坑底隆起量变化。利用低于开挖 面0.20 m范围内的颗粒进行监测，虽然效果没有测地表沉降时来 的好，但是也可以平均反映出基坑坑底隆起量的变化大小。 土体细观机理的变化—软件的特色 对于有限元法比较集中地研究宏观现象的表征，而忽略了对其内部机理的研究与分析，造成分析角度和研究方面的不全面性。 为此，采用颗粒流方法研究基坑支护开挖过程中土体细观机理的变化就变得极为有意义。通 过在基坑坑底处水平方向和 坑底中间往下竖直方向分别 布置3个测量圈，以监测土体 细观参数的变化。通过布置 测量圈1、2、3、4、5可以有 效地来监测开挖施工过程中 土体中孔隙率变化、土体之 间接触程度变化、土体水平 方向和竖直方向的应力大小。 四个细观参数的变化 1) 土体孔隙率变化 由于基坑开挖过程中，基坑坑底处土体一直处于回弹状态， 产生了坑底及以下土体向上和桩右边土体向右运动的趋势。地基 土生成是随着重力作用逐渐沉积形成的，其接近于天然实际的地 基土生成过程。那么对于测量圈2、4、5中土体的孔隙率必定会 随着深度的增加而减小，底部墙体处土体最为密实。圈2、4、5 中的初始孔隙率分别为0.132，0.124，0.121，随着基坑开挖过程 的进行，土体往上运动形成隆起现象，土体孔隙率再次调整并逐 渐减小。对于圈1、2、3中的初始孔隙率分别为0.139，0.132， 0.130这样的大小分布是因为在开挖过程中，桩右边的土体产生向 右运动的位移，从而对圈2、3有排挤作用，但是因为圈3的右边 有墙体作用，导致圈3内的土体向右运动时受到了阻碍。从而圈3 内的土体逐渐被挤密，从而其孔隙率相比于圈1、2而言是最小的。 2) 土体接触程度变化 结合图5.24中测量圈中配位数的变化图我们可以得出，对于 圈4、5内土体本身已经很密实，所以在5个圈中这2个圈内的土体 必然会接触程度最为明显。随着开挖过程的进行，测量圈5中配位 数基本没有太大变化，而测量圈4却相对于圈5有一定程度的减小 。同时考虑圈3中土体与墙体比较接近，圈内土体几乎不会发生太 多运动，圈1中颗粒有向右运动的趋势，运动就产生空隙，从而对 圈1内的土体接触数必然会有一定程度的折减，而对于圈2而言， 承受来自圈2下面土体向上运动的冲击和圈1向右运动的排挤，其 接触数大大增大，所以圈2中的配位数相比于圈1、3来说是最高的 。通过以上分析，较好地说明了在基坑开挖过程中基坑坑底处土 体接触程度的变化，反映了基坑开挖过程中坑底处土体的细观变 化。 3) 土体水平方向应力变化 基坑开挖过程中，土体处于卸载状态，并会引起基坑坑底处 土体隆起，从而带来了负面影响。因此，对于研究基坑坑底处及 以下土体应力状态具有一定的意义。分析图5.25可得，对于测量圈 1、2、3分布于同个水平位置，而测量圈4、5位于圈2的下方，随 着深度的增加其应力逐渐增加。因此，对于水平应力和竖直应力 而言，圈2、4、5的中的应力都是逐渐递增的。基于力会相互传递 的原理桩右侧的颗粒有向右运动的趋势，对圈2处的颗粒形成挤压 ，同时圈3离墙体比较接近，其监测的颗粒不会有太多位移，从而 2号圈内的颗粒在向右运动时受到圈3颗粒的阻碍，更深层次地增 加了圈2颗粒的水平应力。因此，根据分析，对于测量圈123而言 圈2颗粒的水平应力在初始是最大的。但随着基坑开挖过程的进行 ，圈123都有一定的应力损失，从而水平应力逐渐下降。 4) 土体竖直方向应力变化 由于基坑开挖，属于竖直卸荷。那么基坑开挖必定会引起坑 底以下的土体向上运动从而形成基坑隆起。观查基坑土体位移场 ，基坑坑底下土体由左向右且由下向上运动，从而对圈2中的颗粒 形成竖向压挤。在一定程度上，增大了圈2中的竖直应力大小。从 而在圈1、2、3中圈2中的初始竖直方向应力最大，随着开挖施工 进度的进展，竖向应力开始消散并逐渐降低，最终趋于稳定状态 。对于测量圈2、4、5存在深度方向的关系，竖向自重应力随着深 度的增加其竖直方向的应力必然也跟着增加。同时因为存在侧压 力系数，且一般都小于1，所以水平方向应力相对于竖直方向应力 而言数值要相对小些。从图5.25和图5.26中的水平和竖直方向初始 应力也可以说明此结果的正确性。 (3) 桩身轴力与剪力特征分析 搅拌桩轴力和剪力沿长度分布规 律大致相同，以分析桩身剪力为例。 剪力分布规律一般为：在搅拌桩顶部 附近，剪力由局部增大，到开挖面位 置，剪力出现最小值(负值)，在搅拌 桩嵌入土体部分，剪力又逐渐趋向于 0。就开挖过