摘 要：通過(guò)對(duì)本構(gòu)模型的論證對(duì)比，采用小應(yīng)變硬化土HSS模型計(jì)算無(wú)錫地鐵某車站基坑開(kāi)挖變形和對(duì)周邊環(huán)境的影響。計(jì)算結(jié)果表明，采用HSS模型能夠很好的預(yù)測(cè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和地表沉降。
　　關(guān) 鍵 詞：本構(gòu)模型、HSS模型、基坑
　　中圖分類號(hào)：TU 443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　Abstract: Though the comparison of the different constitutive models, this paper using the HSS model simulate the foundation pit of Wuxi metro. The result of numerical analysis show that the finite element model by using HSS model can predict the deformation of retain wall and the settlement of the surface of the foundation pit better than using other models.
　　Key words: constitutive model, HSS model, foundation pit
　　1 引言
　　土的性質(zhì)中，巖土材料有著不可恢復(fù)的行為，屈服現(xiàn)象和剪切導(dǎo)致的剪脹現(xiàn)象。而理想彈塑性理論又不能很好的反映土體的重要特征，如非線性等，所以應(yīng)采用更為高級(jí)的彈塑性模型去模擬。
　　2 常用模型對(duì)比
　　土體變形性質(zhì)的突出特征是：其模量與應(yīng)力水平有關(guān)和卸載模量大于加載模量。這一特征用Duncan-Chang(簡(jiǎn)稱DC)模型能較好地反映，但它是非線性彈性模型，不能反映土體在塑性階段的變形特征。Mohr-Coulomb(簡(jiǎn)稱MC)模型能較好描述土體在塑性破壞階段的變形特征，但它采用常值變形模量，難以計(jì)算土體在工作狀態(tài)下的變形。MC模型和Drucker-Prager(簡(jiǎn)稱DP)模型，其卸載和加載模量相同，應(yīng)用于基坑開(kāi)挖時(shí)往往導(dǎo)致不合理的坑底回彈，只能用作基坑的初步分析。
　　HS模型采用了跟應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)的剛度模量，卸載和不同深度土體的模量也不同。根據(jù)土體的補(bǔ)償原則，HS模型中連續(xù)墻較大的水平位移跟地表沉降是密切相關(guān)的，同時(shí)土體卸載模量較大跟坑底隆起較小也是一致的。HS模型參數(shù)直觀明了，具有明確的物理意義，可通過(guò)普通三軸剪切和側(cè)限儀固結(jié)試驗(yàn)獲得，在很大程度上已經(jīng)取代了DC模型。另外，HS在處理回彈(卸載)問(wèn)題時(shí)引入了Eur模量，在模擬開(kāi)挖問(wèn)題時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此已經(jīng)成為基坑開(kāi)挖模擬方面首選的本構(gòu)模型。
　　3工程概況
　　某車站長(zhǎng)420m，寬19m，長(zhǎng)條形基坑。結(jié)構(gòu)底板埋深約17.4m，明挖法施工;換乘處結(jié)構(gòu)底板埋深24m，蓋挖法施工;全部是連續(xù)墻+鋼支撐體系。
　　4 模型參數(shù)
　　本文采用Z_SOIL.PC軟件，計(jì)算參數(shù)通過(guò)地勘報(bào)告的原位測(cè)試及試驗(yàn)結(jié)果，得到如表2所示。
　　連續(xù)墻為C35，寬度1m;第一道為C30混凝土支撐，支撐為0.8m×1m，間距9m;第二～第四道支撐均為Φ609mm，t=16mm的鋼支撐，間距3m。
　　表2 主要土層HSS模型參數(shù)

參數(shù)         土 層	③1	③2	③3	⑥1-1	⑥1	⑥2	⑥3
Eurref(MPa)	22.5	25.24	37.08	43.74	50.4	37.32	46.98
E0ref(MPa)	67.5	75.72	113	131	151	112	140.94
Eoedref(MPa)	7.5	4.8	6.18	7.29	8.4	6.22	7.83
E50ref(Mpa)	15	12.2	12.36	14.58	16.8	12.44	15.66
σref(kPa)	100	100	100	100	100	100	100
νur	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25
m	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7
γ0.7	0.0005	0.0005	0.0005	0.0005	0.0005	0.0005	0.0005
γ(KN/m3)	19.6	19.2	18.9	19	19.6	19.2	19.2
e0	0.74	0.8	0.86	0.74	0.72	0.77	0.82
c(kPa)	31	22	26	25	30	25	20
φ(度)	25	26	24	32	27	26	25
ψ(度)	0	0	0	0	0	0	0
K0NC	0.46	0.5	0.5	0.45	0.41	0.46	0.48
Rf	0.7	0.7	0.7	0.8	0.9	0.9	0.9

　　5 有限元模型
　　該站基坑寬19.3m，深度17.4m。計(jì)算模型考慮3倍的影響范圍;采用4節(jié)點(diǎn)的四邊形單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，地下連續(xù)墻及支撐結(jié)構(gòu)分別用彈性的梁和桿單元;考慮水頭為地下1米，設(shè)置接觸面。建立平面模型進(jìn)行分析，模型如圖2所示。
　　表 3基坑開(kāi)挖工況

施工步	施工工況
施工步一	初始地應(yīng)力生成
施工步二	施作地連墻
施工步三	坑內(nèi)降水至第一道支撐以下1米
施工步四	開(kāi)挖至第一道支撐一下0.5米
施工步五	施作第一道混凝土支撐
施工步六	坑內(nèi)降水至第二道支撐以下1米
施工步七	開(kāi)挖至第二道支撐一下0.5米
施工步八	施作第二道鋼支撐
施工步九	坑內(nèi)降水至第三道支撐以下1米
施工步十	開(kāi)挖至第三道支撐一下0.5米
施工步十一	施作第三道鋼支撐
施工步十二	坑內(nèi)降水至第四道支撐以下1米
施工步十三	開(kāi)挖至第四道支撐一下0.5米
施工步十四	施作第四道鋼支撐
施工步十五	坑內(nèi)降水至坑底以下1米
施工步十六	開(kāi)挖至坑底
施工步十七	施作底板

　　6 結(jié)果對(duì)比分析
　　各工況下斷面1的連續(xù)墻變形實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果如圖3至圖6所示，從中可以得出：采用HSS模型計(jì)算得到的連續(xù)墻變形值與實(shí)測(cè)值能很好吻合。
　　7 小結(jié)
　　本文采用HSS模型對(duì)無(wú)錫地鐵某車站基坑進(jìn)行數(shù)值分析，與實(shí)測(cè)值對(duì)比，可得出如下結(jié)論：
　　(1)HSS模型能夠反映基坑開(kāi)挖的不同應(yīng)力路徑對(duì)土體變形和強(qiáng)度的影響;
　　(2)HSS模型能夠更好地模擬基坑開(kāi)挖全部施工過(guò)程，同時(shí)得到了更加精確的連續(xù)墻變形值，為環(huán)境保護(hù)提供更好的依據(jù)。
　　參 考 文 獻(xiàn)
　　[1] Brinkgreve R B J. Selection of soil models and parameters for geotechnical engineering application, 2005[C]. ASCE.Lambe T W, Marr W A. Stress path method[J]. Journal of the Geotechnical Engineering Division, 1979,105(6):727-738.
　　[2] Kondner R L. Hyperbolic stress-strain response: cohesive soils[J]. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 1963,89(1):115-143.