用摩爾庫倫（MC）進行基坑開挖計算時，可能會出現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)頂部向基坑外位移的現(xiàn)象，有點類似于踢腳破壞，這種情況正常嗎？

 

如圖1所示，有一基坑，開挖深度4m，寬度（1/2）6m，分析區(qū)域20m*20m，懸臂擋墻厚0.6m，深12m。土體采用MC模型，彈性模量10MPa，泊松比0.3，摩擦角25度，粘聚力5kPa，土體容重20kN/m3，水平土壓力系數(shù)0.5。擋墻和土體之間設(shè)置接觸面（面對面），摩擦系數(shù)0.466。分兩層開挖（1m和3m）

 

圖1

 

圖2和圖3分別給出了第一、二次開挖的墻體位移矢量圖。第一次開挖墻體向基坑外位移，類似于踢腳破壞，與實際情況中觀察到的大部分規(guī)律不同。第二次開挖墻體向基坑內(nèi)位移，但分布規(guī)律和預(yù)期的懸臂梁（頂部最大）還有所區(qū)別。

 

圖2和圖3

 

出現(xiàn)這種原因主要是由于土體在卸載過程中回彈變形，深部土體的向坑內(nèi)變形帶動墻體變形（有旋轉(zhuǎn)的趨勢），深部土體變形越顯著（圖4），這種現(xiàn)象越明顯。當開挖深度較深后，局部土體進入破壞，剛度下降，這種現(xiàn)象得到緩解。

 

圖4

 

如果土體確實發(fā)生如此的回彈變形，那踢腳位移模式是可能的（但這與工程的踢腳破壞不一致，如果觀察塑性區(qū)，此時大部分土體并沒有屈服）。

從計算的角度來看，出現(xiàn)該現(xiàn)象與以下假設(shè)有關(guān)。

 

（1）水平土壓力系數(shù)。如果水平土壓力系數(shù)越大，水平卸載越大，相應(yīng)的向基坑的水平變形越大，圖5是k0=1的計算結(jié)果。雖然向外的位移量有所減少，但是規(guī)律并沒有變化。

 

圖5

 

（2）接觸面摩擦系數(shù)。如果接觸面光滑，土體向上帶動樁體的能力就會減小。圖6是光滑接觸面的計算結(jié)果。本例中效果明顯。

 

圖6

 

（3）彈性模量的分布。土體模量與圍壓有關(guān)，圍壓隨深度增加，因而模量一般隨深度增加。本例采用簡單的線性分布，土層頂面1MPa，土層底面20MPa，平均值接近10MPa。實現(xiàn)彈性模量的分布通過field功能。將材料屬性定義為與場變量相關(guān)（圖7），簡單起見，場變量就取為節(jié)點的z坐標。執(zhí)行model-edit keywords，在第一個分析步前插入圖8所示語句。其中input=in.csv指向了工作目錄下的in.csv文件，其包含了節(jié)點及相應(yīng)z坐標（圖9，可直接由inp文件提取后稍作編輯得到）

 

圖7

 

圖8

 

圖9

 

圖10和11是兩級開挖步相應(yīng)的計算結(jié)果，在非光滑的情況下，位移模式符合一般規(guī)律。讀者也可采用劍橋模型或鄧肯模型進行計算，這些模型實際上都反映了模量隨應(yīng)力狀態(tài)的變化，加上能相對合理考慮加卸載模量的差異，計算結(jié)果理論上更符合實際。

 

圖10

 

圖11

來源：ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用