[發明專利]一種軟土地層含承壓水基坑突涌塑性破壞計算處理方法

無效

• 申請號: 201010189085.4
• 申請日: 2010-05-31
• 公開（公告）號: CN101845815A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 丁春林;王東方;楊新安;趙軍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E02D17/02
• 分類號: E02D17/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種含承壓水基坑突涌破壞計算處理方法，尤其是涉及一種軟土地層含承壓水基坑突涌塑性破壞計算處理方法。

背景技術

近年來，隨著我國城市地下鐵道、高層建筑、人防工程等基礎設施的迅速發展，深基坑工程日益增多，深基坑工程開挖施工的地質條件和環境也日益復雜，其工程事故率和損失也越來越大。在深基坑工程中，一項事關全局的工作就是地下水防治，特別是在沿海軟土地區，地下水是深基坑工程的天敵，是導致基坑工程事故最直接的原因之一。根據有關文獻統計，與地下水有關的基坑事故約占總事故的45％～70％。

基坑工程中的地下水按其埋藏條件一般包括上層滯水、潛水和承壓水這三類。其中，承壓水是地表以下充滿于兩個穩定隔水層之間承受靜水壓力的含水層中的重力水，含承壓水基坑在開挖施工中易產生突涌，易造成基坑底隆起變形和圍護結構變形增大，影響基坑穩定，易產生管涌、流砂或流土。因此，對于軟土地層的含承壓水基坑，當基坑開挖深度過深或承壓水頭過高，基坑的抗突涌穩定性得不到滿足時，則須采取一定的措施防止基坑失穩。

但是，如何判斷承壓水基坑抗突涌穩定是一個值得研究的課題，目前，對于承壓水基坑突涌穩定性的判斷分析方法，不論是現行基坑工程規范，還是一般的教科書和工程設計施工手冊里均采用壓力平衡方法，該方法只考慮了承壓含水層頂隔水層土體自重力引起的抗力，忽略了隔水層土體的抗剪強度，而且這種抗力在硬土隔水層中還比較大，其計算結果顯然不盡合理。盡管有些學者在探索采用其它方法進行研究，如：梁勇然(1996)和李建交(1998)采用的均質連續梁、板分析法，杜貴成(1998)和馬石城(2004)采用的帶預應力均質連續梁、板分析法，譚松林(2002)采用的均質連續體法等。但在這些研究中，他們都將坑底隔水層土體假定為均質、連續彈性體。實際工程中，軟土地區承壓水基坑坑底隔水層為非均質、成層分布的彈塑性體，土體沒有抗彎性能，簡化成具有抗彎性能的梁或板模型分析顯然不夠合理，且當隔水層土體厚度與基坑跨度之比較大時，簡化成梁或板模型分析與梁、板定義也不符。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可以從多方面考慮軟土基坑坑底土特性，且有適用范圍廣、計算簡單、計算參數容易獲取的軟土地層含承壓水基坑突涌塑性破壞計算處理方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種軟土地層含承壓水基坑突涌塑性破壞計算處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選取模型計算范圍；

2)定義計算范圍內坑底土材料屬性；

3)用有限元程序創建幾何實體模型，進行單元離散化；

4)設定模型邊界條件；

5)對模型施加承壓水頭荷載，并進行求解；

6)根據計算結果得出承壓水基坑坑底土突涌塑性破壞分布圖，判斷基坑是否突涌。

所述的步驟1)中的模型計算范圍的選取原則為：

沿基坑橫斷面方向，模型寬度取在兩圍護結構之間；

沿基坑縱向，模型長度取基坑坑底完全暴露的長度；

沿基坑豎向，模型高度取坑底隔水層厚度。

所述的步驟2)中的坑底土材料處理為非均質、各向同性、成層分布的彈塑性體，土體塑性屈服符合Drucker-Prager準則，其屈服表達式為：

式中：I₁、J₂-分別為應力張量第一不變量和應力偏張量第二不變量；C、-分別為坑底土粘聚力和內摩擦角。

所述的步驟3)中的幾何實體模型采用三維實體單元進行離散化。

所述的步驟4)中的模型邊界處理為：

與圍護結構無接觸的一側，邊界假定為豎向滑動；

與圍護結構接觸的一側，邊界假定為固支約束。

所述的步驟5)中的承壓水頭荷載為均布水頭壓力荷載。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明考慮了承壓水基坑坑底隔水層土體粘聚力和摩擦力對承壓水的抵制作用，考慮了軟土地層基坑坑底土的彈塑性。

2、本發明對坑底土材料的本構模型選用理想彈塑性Drucker-Prager模型，一方面考慮了靜水壓力對軟土屈服的影響，另一方面它沒有考慮軟土發生塑性變形時功硬化，從坑底土塑性破壞分析的安全角度來看，它更適用于軟土的破壞計算，且計算簡單，計算參數容易獲得。

3、本發明對于坑底土為非均質性、成層分布的隔水層同樣適用；且它可模擬承壓水基坑坑底土三維空間突涌破壞現象。

附圖說明

圖1為本發明的承壓水基坑斷面和突涌計算范圍示意圖；