陈祖树

摘要：基坑设计是现阶段建筑工程施工建设中的一个重点内容，其设计质量不仅影响到建筑工程整体质量，同时也对建筑工程的安全性、稳定性有着直接的影响。本文先对黏性土剪切变形规律以及应变局部理论进行探讨，并结合工程案例对应变局部化理论在基坑设计中的应用进行分析。

关键词：基坑设计；应变局部化理论；具体应用

引言

基坑工程的设计水平与建筑施工质量有着较为紧密的联系，一旦基坑工作出现问题，将导致建筑工程出现质量问题。近几年来，伴随着国内建筑行业的快速发展，基坑设计水平得到了显著提升。对于黏性土等复杂地质条件的基坑工程设计工作来说，要注重应变局部理论的应用，进而提升基坑设计的质量与效果。

1.黏性土剪切形成的规律分析

在进行黏性土基坑工程的设计工作时，要注意黏性土局部化的线管问题。同时，还要对施工现场的黏性土土样进行相应的应变压缩试验。在进行试验的过程中，不仅要对黏性土的常规参数进行统计，同时还要对土样的侧向变形进行分析，对于土样上下两端的孔隙水压力变化状况要引起重视。在这一理论指导之下，在进行黏性土的分析过程中，数据采集的类型主要包含以下几点：首先，要对黏性土的初始损伤、剪切带开始时的受力状况进行分析；其次，要对应力峰值等内容进行研究。大量的实验表明，对于剪切带开始时的分叉应变量来说，其数值明显小于应变峰值时出现的相关应变量。另外，不管土体周围的压力是何值，试验过程中剪切力始终没有超过应力峰值时出现的应变力。但是，剪切带完全形成之后，这时所产生的应变值始终超过峰值时所表现出的应变值。

2.应变局部化理论的概述

2.1理论分析

通过在不排水平面条件下进行黏性土侧向变形应变实验，定量的对黏性土剪切带的形成进行了研究，并且得到了以下一些规律：一方面，土样在加荷的初期出现了均匀的侧向膨胀现象，并且当竖向应变值达到某一数值时，土样一端的侧向膨胀变形速率出现了显著的加剧现象，而对于土样另一端侧向膨胀变形来说，其速率明显减缓，这样一来就形成鲜明的差异变形对比。另一方面，试验过程中竖向应变和横向应变的曲线存在着明显的分叉现象，并且所对应的竖向应变与剪切带逐渐地形成了特征应变，这也就是分叉应变。试验过程中，随着土样局部区域变形的逐步加剧，土样出现了大变形的状况，并且这些局部化变形问题以及破坏问题在目前的深基坑与隧道工程施工过程中较为常见。

2.2应变局部化理论的物理描述

对于应变局部化现象而言，它在力学方面被描述成一个相对狭窄的应变集中区域。之后，在根据连续介质细观力学进行相应的定义。在这个区域中，相应的变形率与带外区域有着明显的不同，并且这一区域的变形场存在着不均匀的现象。但是，对于带外区域变形场来说却始终保持连续。就土体应变局部化最常见的现象而言，主要在宏观剪切带中出现，并且这一过程中速度场通过剪切带始终保持连续。另外，速度梯度通过剪切带进行跳跃，但是这一过程中速度以及速度梯度保持均匀。如果假设x2是剪切带的法线方向，那么在这一局部坐标体系中，剪切带内外的附加速度的梯度分布状况可以用下图1来表示。

3.基坑设计分析

随着国内建筑行业的不断发展，支护基坑工程的设计计算理论也逐渐趋于完善。近几年来，我国关于基坑设计的规范、标准逐渐出台，这也极大地提升了基坑设计工作的质量与水平。但是，在进行基坑支护工程的设计中，基坑工程大多被视为一些临时性的工程，并且设计过程中所取的相关安全系数较低。另外，由于受到施工现场地质、水文条件的影响，导致了基坑工程经常出现坍塌事故。这样一来，不仅不利于建筑工程施工质量的提升，同时也严重的威胁到了广大人民群众的生命与财产安全。因而，在进行基坑设计时，要注重一些细节性问题的处理，同时还要对基坑位移变形状况进行严格的监测与控制。对于复杂地质条件下的基坑设计来说，要注重应变局部变形理论的应用，并且要根据施工现场的具体状况合理选择基坑支护形式，进而不断提升基坑设计质量，确保建筑工程的安全性与稳定性。

4.案例分析

4.1工程概况

某工程位于广州市，并且整个工程呈现南北走向。在进行工程施工过程中，基坑的开挖深度不一，但都在1 2m～15.6m区间内，并且基坑的宽度在16.1m～22.1m之间。由于这一工程的工程量相对较大，因而施工过程中围栏结构采用了多种形式。

4.2基坑稳定性的验算

在进行基坑稳定性的验算工作中，严格按照土体峰值应力变化时的剪切强度以及土体抗剪强度指标展开相关的计算工作，并且计算过程中相关参数如下表1所示。

从上述表格中的相关数据可以看出：为了提升对于应变局部变化的认识，要采用剪切带开始形成时的抗剪切强度指标进行基坑工程的相关试验工作，并且试验所得出的相关安全系数都好于峰值状态下所表现出的抗剪切系数。在进行基坑墙底抗隆起安全系数的计算与分析工作中，试验得到的安全系数与峰值应力状态下所得到的安全系数相比，明显要小很多。因而，通过试验结论可以表明，在进行基坑应力抗剪强度的计算与分析过程中，要注重基坑安全系数较小的黏性土局部化应变值的分析与处理工作，同时还要确保所获得的黏性土应变局部化相對应的基坑安全系数要尽可能的小，这样一来才能有效地控制施工质量，进而提升建筑工程的安全效果。

4.3基于基坑设计的有限元分析

4.3.1有限元原理的研究

对于有限元原理而言，其实质上是一种近似数值估算的计算方法，该理论需要建立在力学模型的基础上。在进行基坑工程的开挖与支护过程中，属于一种三维性问题，因而在进行拐角位置处的处理时，基坑会受垂直基坑壁的影响与约束。但是，从基坑边坡失稳的最危险条件来分析，因为基坑壁平面方向重点线和垂直方向平面之间有着一定的联系，再加上基坑的开挖面积相对较大，进而造成了基坑在平面上两侧坑壁约束力相对较小。因此，在进行数据分析工作时，可以认为它们之间是不会受到相邻基坑的影响。

4.3.2结果分析

试验过程中，工作人员通过建立结构模型并采用有限元理论进行分析。通过相关数据的研究，可以得出以下几点结论：一方面，在进行基坑开挖时，土体最终的位移量如下：其中，最大值是20.00mm，对于最大水平位移来说，其数值是11.0mm。同时，基坑开挖过程中最大的竖向位移是19.7mm；另一方面，由于受到土体局部变化作用的影响，导致了基坑的受力状况发生变化，并且得到的土体最大位移量是36.20mm，土体的水平位移是20.50mm，所得到的最大竖向位移为35.60mm。通过对上述结果进行分析，并且考虑到土体局部化的条件，得出土体所产生的位移量超过整体位移量，并且在一些深基坑工程中，其对于应变局部化的影响较为明显，因而技术人员要对这一问题引起重视。

结语

随着国内城市化进程的不断加快，我国的建筑行业与交通领域获得了快速发展。在进行工程项目建设的过程中，所有土体都存在相应程度的应变局部化现象，并且在剪切开始时所产生的周围压力和强度之间存在着正比关系。因此，在进行基坑工程设计时，其分析过程中要对土体应变局部化现象进行考虑，并且要分析其对于试验结果的影响。同时，还要将这一理论应用到实际的基坑设计中，进而提升基坑设计的科学性。