应变软化模型在桩土相互作用中的适用性

应变软化模型在桩土相互作用中的适用性摘要：通过理论分析，建立基坑应变软化模型，对基坑在桩锚支护过程中的变形情况，并将计算结果与实际监测结果进行对比，表明：应变软化模型的结果与实际监测结果大致相同，优于

mohr-coulomb理想弹塑性模型。基坑在桩-锚联合支护下，水平位移沿深度方向呈近似直线分布。

关键词：基坑应变软化弹塑性桩锚杆数值模拟

1、引言

由开挖导致基坑土体应力迅速释放，并产生一定的位移，影响基坑的稳定性，因此，需进行一定支护[1-3]。桩锚结构作为一种基坑支护结构，自产生以来，在国内外得到广泛应用[4-5]，它能合理利用土体自承能力，发挥桩锚与土体的粘结作用，具有造价低廉、施工迅捷等优点。目前对于桩锚支护基坑稳定，一般采用简化模型，但由于桩锚结构与土体相互作用过程涉及复杂的力学机理，若采用简化的力学模型分析往往不能反映基坑和桩锚相互作用的

实际情况，不能合理地有针对性地进行设计处理，给工程造成一定工程隐患，或者由于过保守的设计，造成工程材料的浪费。近年来，随着计算机技术和各种数值模拟方法的不断发展，基于数值计算结果的岩土工程设计研究正逐渐显现其强大优势和重要作用，一些学者研究了边坡在锚杆单独支护形式下的稳定性，以及锚杆支护参数的影响；而对于边坡或者基坑在桩锚联合支护情况下，锚杆支护参数对于边坡或者基坑的稳定性的影响还较少研究。另外，以往数值

模拟过程中，土体的强度特征一般采用理想弹塑性mohr-coulomb

模型进行描述，但一些研究发现岩土体材料发生塑性流动时，其相应的屈服参数将发生变化，采用考虑塑性性状的软化模型更加符合实际情况。因此，本文以某深基坑为背景，采用应变软化模型分析基坑在桩锚支护过程中的变形破坏情况，以及桩-锚结构的力学响应情况。

2、应变软化模型

应变软化模型是mohr-coulomb模型的一种特殊形式，二者的差别在于：对于应变软化模型，当单元产生塑性应变后，其相应的屈服参数将发生变化。在每个计算时步内，采用增量硬化参数校验单元总的塑性剪应变和拉伸应变，然后调解相应的模型参数使之与自定义方程一致。

采用隐函数和表征材料的剪切和拉伸塑性流动规律，其中函数对应非关联流动法则，其形式为：

3、计算分析

利用flac3d建立基坑模型，如图1所示，其中，基坑深10m，分5步竖直开挖，每步2m；模型整体长60m，高30m，宽度取2m，如图1所示，采用桩-锚联合支护方式对基坑进行支护。为了真实地模拟基坑的开挖变形过程，将计算过程分为以下2步：1、在模型中施加土体重力，计算土体在重力作用下的应力应变情况；2、清除第1步产生的位移，进行开挖模型，同时根据工况添加锚杆和桩单元，以模拟基坑开挖过程中的应力应变情况。土体计算参数为：

容重19.0kn/m3，弹性模量20.0mpa，泊松比0.3，粘结力50.0kpa，内摩擦角22.0°。根据土的性质、固结情况等，土体可以呈现应变软化或者应变硬化，需要根据具体情况选择不同的模型，但对于黏土、结构性黏土、紧密砂土等主要呈现受力屈服后强度软化的特性[1]，计算参数见表1。

采用位移情况表征坑壁的稳定情况，图2显示基坑每步开挖完毕后坑壁的水平位移与实际监测结果的对比，即位移的静态情况。通过现场监测得到相应监测点位移，并连成曲线如图2，可见，基坑开挖完毕后的现场实际监测位移值，与本文数值计算得到的位移值趋势一致，差别较小，从而说明了本文模拟的正确性；并且应变软化模型得到的结果比mohr-coulomb理想弹塑性模型得到的结果更加接近实际监测结果，说明了应变软化模型的优越性。另外，从图中还可看出，基坑在桩-锚联合支护下，水平位移沿深度方向呈近似直线分布，最大位移发生在基坑底部。随着基坑开挖深度的增加，相应坑壁的水平位移也逐渐增大。

4、结语

现场实际监测位移值与本文应变软化数值计算模型得到的位移值趋势一致，差别较小，验证了模拟的正确性，并且优于

mohr-coulomb理想弹塑性模型。基坑在桩-锚联合支护下，水平位移沿深度方向呈近似直线分布。侧壁水平位移在开挖过程中，各测点的位移逐渐增大。

参考文献

[1]卢敦华，王星华.基于应变软化模型的深基坑土钉加固分析[j].解放军理工大学学报，2009，10（1）：61-66.

[2]屠毓敏，阮长青，赵向前等.温州大剧院深基坑支护技术[j].岩土工程学报，2006，28（1）：59-62.

[3]孙铁成，张明聚，杨茜.深基坑复合土钉支护模型试验研究[j].岩石力学与工程学报，2004，23（15）：2385-2392.

[4]张凡，段建立，谭跃虎.复合土钉支护工作性能的现场测试研究[j].建筑技术，2003，34（2）：104-105.

[5]林杭，曹平，宫凤强.位移突变判据中监测点的位置和位移方式分析[j].岩土工程学报，2007，29（9）：1433-1438.