PDF《朱合华第34 卷第4期应用力》

基金项目:福建省自然科学基金资助项目(2016J01271);

福建省住房和城乡建设厅科学技术项目(2015-K-38) 收稿日期:2016-08-25 修回日期:2016-11-08 第一作者简介:施有志,男,1976 年生,博士,厦门理工学院副教授,上海交通大学博士后;

研究方向――岩土与地下工程.

E-mail: [email protected] 应用力学学报CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS 第34 卷第4期2017 年8月Vol.34 No.4 Aug.

2017 2 应用力学学报第34 卷第4期第一作者姓名,等:文章标题

3 文章编号:1000- 4939(2017) 00-0000-00 基于深基坑监测数据的土体小应变刚度参数优化 分析 施有志

1、2 林树枝

3 车爱兰

2 (1 厦门理工学院 土木工程与建筑学院

361024 厦门;

2 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院

200240 上海;

3 厦门市建设局

361003 厦门) 摘要:考虑土体小应变特性的 HSS 模型在深基坑的数值分析中得到较多的应用,但受试验条件的限制,其刚度参 数往往不易获得. 为对 HSS 模型的初始剪切模量 、 小应变参数 . 和三轴实验割线模量 等三个刚度参数进 行优化分析,以厦门市某一地铁深基坑工程为依托,基于施工过程的实测数据,提出一套简便易行的刚度参数优 化方法.结果表明:基于地表沉降和围护墙水平变形的实测数据,以修正后的极差和标准差为收敛指标,对深基 坑的浅部开挖的工况进行弹塑性位移反分析,然后对深部开挖的工况继续进行优化分析,通过不同工况、不同断 面的实测数据进行若干次参数优化,可将收敛误差控制到较小范围内.通过研究最后得出厦门地区代表性土层淤 泥质土、粉质粘土和残积砂质粘性土的刚度优化参数,积累了土工参数的地区经验值.该方法不仅可用于刚度优 化分析,也可用来预测深基坑开挖引起的周边环境风险. 关键词:深基坑;

弹塑性位移反分析;

小应变刚度模型(HSS) ;

实测数据;

有限元数值分析 中图分类号: TU42 文献标识码: A

1 引言在深基坑工程中, 围护结构和基坑的变形分 析对指导设计和施工有重要的作用. 有限元数值 模拟是能够较全面地模拟基坑工程的考虑实际 状况并极具可行性的有效方法 [1][2] .有限元方法 能否正确估计基坑开挖引起的土体位移取决于 两个重要因素:土体模型和输入参数的选择.经 过国内外学者的研究认为, 小应变土体硬化本构 模型是能够较为准确地反映基坑工程的小应变 力学响应特性 [3][4] ,只有合理地考虑土体的小应 变特性才能准确地预测基坑开挖引起的围护体 系以及土体的变形.而对于土体参数,实验室测 试和现场试验是获取岩土参数最常用的方法, 但 这两类方法也各有其局限性, 比如由于岩土试样 的扰动、 实验获得参数力学意义不明确等问题使 得室内试验和局部有限的现场试验得到的岩土 力学参数存在一定的误差. 要实现对施工过程的 动态模拟, 尤其是在施工过程中的动态分析及精 确预测, 可以借助实测位移反分析来推定土体参 数, 然后进行正算模拟来预测后续施工阶段的墙 体和土体变形及结构内力, 以指导现场信息化施 工设计. 随着计算机性能的提高和计算方法的改 进,位移反分析技术得到了迅速发展.目前的研 究着重于模型参数的反演, 计算方法主要是有限 元法. 朱合华等(1998 [5] ,

2000 [6] ), 刘学增(2002) [7] , 尹蓉蓉(2003) [8] 提出了动态施工反演分析的思想, 在常规的反分析过程中引入逐步开挖和逐道支 撑的动态施工因素, 基于任意施工阶段间围护墙 体变形与内支撑梁轴力的增量测值和施工 FEM 优化反演分析法,反推土体关键参数,继而预报 各相继施工阶段的墙体和土体变形、 内力及内支 撑梁轴力.近十年来,很多人工智能的方法也得 到了应用,如神经网络算法(王春波,2011 [9] ) 和遗传算法(彭军龙等,2007 [10] ;