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在基坑工程中,由于要分析的岩土体的物理性质十分复杂,并带有不确定性;而且也因为岩土体参数的确定还受到材料的物理性质、荷载大小、加载方式等各种因素的综合影响,所以岩土体参数的重要性及其难以确定性成为一对共存的矛盾体,成为急待解决的一个问题并受到广泛关注,常规的方法是己知边界条件、力学参数来求解工程结构的应力、位移。然而,在许多工程中,边界条件、材料参数往往是未知的,通过现场或实验室测试获得的材料参数、载荷分析等条件通常费时费力。许多工程问题特别是涉及到地下岩土体时,由于问题的复杂性采用正演的方法常常难以得到准确的分析结果,有时由于难以取得准确的输入参数,分析甚至根本无法进行,因而发展了反演的分析方法。反分析是指在现场获得少量容易测得的数据,以这些数据为已知量,通过合适的方法来反求材料参数等不易量测的量,当获得所需要的参数后,再用该结果进行工程设计或工程控制计算。在现场量测工作中,位移是较容易测量的。所以,根据位移进行反分析就成为重要的反分析途径。反演分析方法在石油物探等领域应用较多,近些年在岩土工程界对反演分析的研究也逐年增多。
80年代末期起,国内外学者和工程师们开始结合软土工程施工的数值模拟从事建设位移反分析的计算方法的研究,然而,迄今为止在这一领域取得的进展却很少,原因首先是影响土体变形规律的因素甚多,使本构模型的合理选择遇到较大的困难,导致解的不唯一性更加明显,从而影响人们对所获结果可靠性及其实用价值的评价。反问题还可能具有解的不存在性和解的不稳定性的特点。如果反问题的提法不正确,可能会导致反问题的解不存在。反问题的不稳定性是指实测资料有一定的微小误差时,反求出的结果产生很大的偏差,甚至无法控制。此外,本构方程表述的复杂性使反演计算方法的建立遇到许多理论和技术方面的困难,也是这类分析方法的研究难于在短期内取得较快进展的原因。
本文针对以上不足,以武汉长利玻璃 (汉南)基坑工程为背景,以现场监控量测资料为依据,深入研究了基坑开挖反分析的基本概念,并建立了基于弹塑性和粘弹性的位移反分析方法,基坑土体的力学性态在开挖过程中是不断变化的,只有用最新的实测数据去反演它的力学参数,然后再用新反算得到的参数值预测下一施工工况才是最接近实际情况的。以此形成不断量测、不断反算、不断预报的循序渐进的施工反馈预报方法。将现场监测所获得的位移数据作为已知条件,利用弹塑性和粘弹性位移反分析理论来反推岩体参数,然后将这些参数反馈回模型中,通过计算结果和实测结果的对比来验证参数的取值是否合理,若结果合理, 则可通过参数预测以后的工况下岩体可能产生的应力和变形,用于以后工程的施工指导。.~本文简要介绍了位移反分析研究现状与存在的问题以及基坑工程反分析研究的基本概念和必要性。针对土体的特性介绍了弹塑性基本理论和本构关系。作者深入分析弹塑性位移反分析的思路与方法,详细研究了粘弹性反分析的理论并推导出适用于计算机编程的计算公式,采用 VC++6.0 编写了采用弹塑性和粘弹性两种模型的位移反分析程序。针对武汉长利玻璃(汉南)基坑工程采用弹塑性和粘弹性模型进行分析并与实测值进行了比较。本文主要创新之处在于:
1.整理和推导出了适于计算机编程的弹塑性与粘弹性位移反分析计算机公式:
2.采用VC++6.0 编写出了相应的计算机程序;
3.进行了基坑工程实例验证计算,并得出基坑较浅时,弹塑性反分析结果较符合实际,而基坑较深时粘弹性反分析结果与实测值更接近。
由于各种位移反分析方法都是基于这样的假设:岩体为均质各向同性.但是实际中的天然岩体地质条件复杂,而且往往伴随着节理,因而在复杂情况下应用现有的各种简化的反分析方法来解决工程实际存在一定问题。除了复杂的地质条件外,仅就简化了的反分析方法本身来说,还有许多问题需要处理,如支护与围岩的共同作用、平面问题反分析的位移丢失等。随着位移反分析的发展,它的一些理论方面的问题也迫切需要解决,而且对于岩土工程中的反演分析研究往往理论分析多余实际应用,这是需要进一步进行研究的。