1.开挖卸荷下膨胀土坑壁失稳临界深度计算及变形预测方法，其特征在于，所述计算及变形预测方法包括如下步骤：步骤S1：钻孔取芯，在膨胀土地层中通过钻孔取芯取出需开挖深度范围内的土样，膨胀土取土深度为Hi=Ha~Hb，并测定所取膨胀土土样的基本物理性质指标；

步骤S2：试样制备，制备侧向卸荷应力路径三轴试验所需的膨胀土试样；

步骤S3：侧向卸荷应力路径三轴试验，开展膨胀土在侧向卸荷应力路径下的三轴试验，获得膨胀土试样在指定应力卸荷路径下的应力应变数据；

步骤S4：试验结果分析，采用Kondner双曲线模型对不同固结应力 下得到的膨胀土卸荷应力应变曲线进行拟合，确定不同固结应力 对应的双曲线模型参数；

步骤S5：建立膨胀土侧向卸荷的应力应变归一化模型，对Kondner双曲线拟合方程进行归一化处理，建立膨胀土侧向卸荷应力应变归一化模型，根据归一化效果选择归一化因子；

步骤S6：模型应用，通过膨胀土侧向卸荷应力应变归一化模型求取基坑开挖坑壁轴向变形失稳临界深度，从而基于基坑实际开挖深度对基坑稳定性进行安全评价；

并预测开挖深度达到失稳临界深度前膨胀土开挖卸荷所产生的坑壁轴向变形量S，在所述步骤S3中，所述侧向卸荷应力路径三轴试验包括如下两个阶段：阶段1，在三轴压力室内对所述膨胀土试样进行恒定固结应力 作用下的固结，直至所述膨胀土试样在固结应力 作用下固结稳定；

所述固结应力包括轴向应力和径向应力，采用各向等压固结，轴向应力和径向应力均为 ；或者采用偏压固结和K0固结，轴向应力不等于径向应力，阶段2，待所述膨胀土试样固结稳定后，控制轴向应力不变，以恒定的卸荷速率卸去径向应力，直至所述膨胀土试样发生剪切破坏；

所述侧向卸荷应力路径三轴试验使用三轴压缩仪进行试验；

所述固结应力 为膨胀土的轴向应力取值范围 内的一些特定点；

膨胀土的所述轴向应力取值范围 为 ，其值 和 按照如下方式计算获得：

计算所述膨胀土原位轴向应力范围 ，其值由步骤S1中取土深度范围Ha~Hb按照下式计算得到：     公式1

3

式中， 为土的重度， ， 为土的密度，g为重力常数，重度介于17 20kN/m 之~间；

将轴向应力 向下取整、 向上取整，轴向应力向下取整后的值为RoundDown(‑50，‑2)，其含义为 减去50kPa后四舍五入至百位数值，记为 ；轴向应力 向上取整后值为RoundUp( +50，‑2)，其含义为 加上50kPa后四舍五入至百位数值，记为 ；

所述RoundDown和RoundUp为EXCEL取整函数；

所述固结应力的数据点在[ ， ]区间内均匀插值取得，插值间隔值为100kPa~

200kPa，区间端点 和 均作为取值点，选取若干个等间隔值的数据点作为侧向卸荷应力路径三轴试验的固结应力 ，所述固结应力 的取值数量为3 6个，~

所述恒定的卸荷速率为0.2 0.6kPa/min，~

在所述步骤S3中，所述应力应变数据为阶段2中的所述膨胀土试样径向应力与轴向应变数据；

所述膨胀土试样的所述应力应变数据经过绘图获得的应力‑应变曲线满足应变硬化的特征，在所述步骤S4中，采用Kondner双曲线模型拟合所述膨胀土试样在所述侧向卸荷应力路径三轴试验下的所述应力应变关系；

所述Kondner双曲线模型满足下式关系：      公式2

式中， 为轴向应力， 的值等于固结应力 ， 在同一固结应力 三轴试验下保持不变； 为实时径向应力； 为实时轴向应变；a、b为模型拟合曲线参数；

参数a是初始切线模量Ei的倒数：      公式3

参数b是应力应变曲线渐近线的倒数：     公式4

所述Kondner双曲线模型拟合参数包括双曲线参数a和b，初始切线模量Ei，偏应力极限值( ‑ )u，在所述步骤S5中，所述归一化处理是指：选定合适的归一化因子，将不同固结应力下的应力应变函数值( ‑ , )归一化到一条直线上，并对其拟合得到归一化方程；

对公式2进行变换处理，公式两边同乘归一化因子N可得： 公式5

式中，N为所取的归一化因子，

将归一化因子N代入公式3和公式4可得：     公式6

    公式7

将公式6和公式7带入公式5可得Kondner双曲线模型归一化结果：    公式8

式中，A和B分别是经过归一化处理的归一化系数，均为常数，所选取的归一化因子需满足归一化条件：      公式9

所述归一化因子N包括极限偏应力 和 ；

2

通过对比不同拟合方程的相关系数R ，同时结合各归一化因子N的归一化条件限制要求,选取最优归一化因子下的膨胀土侧向卸荷应力应变归一化模型，并在此基础上计算基坑开挖过程中开挖深度临界值及坑壁轴向变形量预测值，在所述步骤S5中，所述归一化因子N可选择为 或 ；

当采用的归一化因子N为 时，将固结应力 代入 中，再将代入公式8中，即可得出基于归一化因子 的膨胀土卸荷应力应变归一化预测模型：       公式10

当采用的归一化因子N为 时，将固结应力 先代入中，u和v为线性拟合参数，得到该固结围压下的偏应力极限值，再将 代入公式8中，可得出基于归一化因子 的膨胀土卸荷应力应变归一化预测模型：             公式11所述归一化因子 中的系数n由Janbu经验公式拟合系数得到：      公式12

式中，pa为标准大气压力，K是无量纲的系数，n是无量纲幂次，所述拟合系数是以 ， 为坐标轴，并将数据点( ,Ei)在该坐标轴形成的坐标系下拟合成直线，得到拟合直线 ，其中截距p1为lgK，斜率p2为n，所述Kondner双曲线模型的参数拟合采用线性拟合的方式，得到所述偏应力极限值与所述固结应力 之间的关系：      公式13

式中，u和v为线性拟合参数，

所述步骤S6中，所述基坑开挖坑壁轴向变形失稳临界深度的计算方法为：对所述步骤S5获得的膨胀土侧向卸荷应力应变归一化模型（公式8）求极限，求得轴向应变 趋于无穷大时的偏应力极限值 ，由此计算得坑壁轴向变形失稳临界深度；

对公式8进行变换并求极限可得：

     公式14

当基坑实际开挖深度为Hs时，基坑底部以上坑壁各深度Hi土体应力状态为：径向应力=0，轴向应力 =γ·Hi，则此时对应的偏应力 ‑ =γ·Hi，即：    公式15

当基坑实际开挖深度Hs达到失稳临界深度Hf时，该深度Hf处土体在偏应力极限值=γ ·Hf作用下发生轴向变形失稳，联立公式14、公式15可得：   公式16

式中，γ 为土的重度；Hf为基坑开挖坑壁轴向变形失稳临界深度值，基坑开挖过程中坑壁轴向变形达到失稳状态时基坑深度，采用 作为归一化因子时，对应的坑壁轴向变形失稳临界深度计算如下：    公式17

将 =γ ·Hi代入公式17可得：     公式18

对公式18进行变换可得：

    公式19

采用极限偏应力 作为归一化因子时，对应的坑壁轴向变形失稳临界深度计算如下：     公式20

将公式13代入公式20可得：

   公式21

将基坑最深处固结应力 =γ ·Hf代入公式21可得：   公式22

基坑实际开挖深度Hs需小于等于失稳临界深度Hf。

2.根据权利要求1所述的开挖卸荷下膨胀土坑壁失稳临界深度计算及变形预测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述膨胀土土样的基本物理性质指标包括含水率w/%、密度 、比重Gs、孔隙比e、塑限Wp/%、液限WL/%和自由膨胀率 。

3.根据权利要求1所述的开挖卸荷下膨胀土坑壁失稳临界深度计算及变形预测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述膨胀土试样为圆柱体试样，所述膨胀土试样的高度与直径比为2

3。

~

4.如权利要求1所述的开挖卸荷下膨胀土坑壁失稳临界深度计算及变形预测方法，其特征在于，在所述步骤S6中，预测开挖深度达到失稳临界深度前膨胀土开挖卸荷所产生的坑壁轴向变形量S是指：基于分层总和法对前述步骤获得的膨胀土侧向卸荷应力应变归一化模型变换形式积分，求得坑壁轴向变形量S：对公式8进行变换，得：

    公式23

对公式23积分，得坑壁轴向变形量S预测值如下：     公式24

式中，Hs为基坑开挖的深度值，Hs为小于Hf的某个常数，H为基坑开挖深度范围（0~Hs）内的积分变量，H的含义与Hi相同，dH为积分微元，采用 作为归一化因子时，对应的开挖卸荷坑壁轴向变形量S预测如下：     公式25

将 =γ ·Hi代入公式25可得：   公式26

采用极限偏应力 作为归一化因子时，对应的开挖卸荷坑壁轴向变形量S预测如下：     公式27

将公式13代入公式27可得：

    公式28。