基于小应变本构模型的深基坑受力与变形性状三维有限元分析*

顾正瑞，徐中华，杨 涛

(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093； 2.华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院，上海 200002； 3.上海基坑工程环境安全控制工程技术研究中心，上海 200002)

0 引言

随着基坑开挖深度的逐渐增大，基坑受力变形也变得更加复杂，常规平面弹性抗力法[1-2]无法反映基坑受力和变形的空间效应，可能导致保守或冒险的设计。考虑土与结构共同作用的三维有限元分析方法为复杂基坑工程的分析提供了主要的技术手段。一些学者利用三维有限元方法分析了实际的基坑工程，如Ou等[3]分析了台北企业中心逆作法深基坑的变形；徐中华等[4]对上海虹杨500kV地下变电站进行了模拟分析；李靖等[5]分析了鼎鼎外滩深基坑工程，分析结果与实测数据能够较好地吻合。这些研究促进了基坑工程分析技术水平的提高，也加深了对基坑工程受力和变形性状的理解。

在利用三维有限元分析基坑工程时，采用合理的土体本构模型是提高模拟精确度的关键。研究表明[6-12]，土体的应力-应变关系很复杂，在小应变范围内土体的刚度随应变变化的现象十分明显，其范围包括非常小应变(<0.001%)、小应变(0.001%～1%)和大应变(>1%)，图1中可以看出，在小应变范围内土体剪切刚度随应变的增加而非线性地衰减，而在基坑开挖过程中发生的变形主要为小应变，所以采用可以考虑土体小应变特性的本构模型对于分析基坑围护结构和土体的变形具有重要意义。

图1 土体剪切模……