[發(fā)明專利]一種流變性地層基坑開挖長(zhǎng)時(shí)位移預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310604607.6
• 申請(qǐng)日: 2013-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN103699774A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周松;朱繼文;陳立生;成琨;趙國(guó)強(qiáng);陳介華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 上海申蒙商標(biāo)專利代理有限公司 31214
• 代理人: 徐小蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基坑工程領(lǐng)域，具體涉及一種流變性地層基坑開挖長(zhǎng)時(shí)位移預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)

我國(guó)許多城市的地層含有軟塑或流塑的淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土，這類土都具有顯著的流變特性。在軟黏土地區(qū)深基坑工程施工中，隨著開挖深度的增加，軟土的流變特性使地下連續(xù)墻的變形不斷增大，尤其是當(dāng)支撐不及時(shí)，開挖到底后未及時(shí)澆筑墊層和底板，施工停滯過(guò)長(zhǎng)等均可能導(dǎo)致基坑工程事故的發(fā)生。基坑工程施工具有顯著的時(shí)空效應(yīng)，而經(jīng)典的土體彈性、彈塑性模型無(wú)法反映基坑施工的時(shí)間效應(yīng)，所以采用恰當(dāng)?shù)酿椝苄阅Ｐ蛯?duì)軟土地區(qū)基坑施工過(guò)程進(jìn)行變形模擬計(jì)算和預(yù)測(cè)分析顯得非常必要。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合建立經(jīng)驗(yàn)流變本構(gòu)模型，用于巖土工程的數(shù)值計(jì)算，證明是一條有效的途徑。為獲得土體蠕變條件下基坑開挖位移時(shí)效特性并有效預(yù)測(cè)長(zhǎng)期位移及工程風(fēng)險(xiǎn)，一直缺乏一種簡(jiǎn)單易用的預(yù)測(cè)計(jì)算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種流變性地層基坑開挖長(zhǎng)時(shí)位移預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法，提出改進(jìn)的蠕變模型經(jīng)驗(yàn)公式、蠕變模型位移時(shí)效特性的等效轉(zhuǎn)化公式，長(zhǎng)時(shí)位移經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式以獲得土體蠕變條件下基坑開挖位移時(shí)效特性并有效預(yù)測(cè)長(zhǎng)期位移及工程風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

一種流變性地層基坑開挖長(zhǎng)時(shí)位移預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法，其特征在于：所述方法至少包括：

（1）在所述流變性地層基坑的施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)取土樣并對(duì)其進(jìn)行室內(nèi)三軸蠕變?cè)囼?yàn)，得到所述土樣的蠕變特性關(guān)系曲線，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合建立蠕變模型經(jīng)驗(yàn)公式，該經(jīng)驗(yàn)公式是對(duì)Singh-Mitchell模型進(jìn)行改進(jìn)，得到：

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其中：為平均應(yīng)力；為應(yīng)力偏差；為參考時(shí)間；為瞬時(shí)彈性應(yīng)變；A，a，b，m為待定常量。

令，n=1-m，則：

????????????????????（2）

對(duì)=0，有：

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當(dāng)t=t₁，則：

???????????????????????（4）

所述的經(jīng)驗(yàn)型蠕變模型中C和b表征土蠕變速率的數(shù)量級(jí)，反映土的組成、結(jié)構(gòu)和應(yīng)力歷史對(duì)變形與強(qiáng)度的影響；參數(shù)n表現(xiàn)為應(yīng)變速率隨著時(shí)間減小的速度。式(3)中的參數(shù)C和b可從t=t₁時(shí)的(σε/D?ε)關(guān)系中得到，C為擬合直線的截距，b為擬合直線的斜率；參數(shù)n即為蠕變曲線lnε?lnt中直線的斜率。參考時(shí)間t₁可以取任意值，但不影響模型參數(shù)值，得到飽和軟土在不同排水條件及各級(jí)偏應(yīng)力下的n。

（2）?根據(jù)三維FEM計(jì)算得到的所述基坑開挖完成后的土體應(yīng)力分布，選取需要預(yù)測(cè)位移時(shí)間效應(yīng)及其長(zhǎng)時(shí)位移的位置，繪制出該位置土體應(yīng)力沿著深度變化的關(guān)系圖；

（3）進(jìn)行蠕變模型位移時(shí)效特性的等效轉(zhuǎn)化：采用進(jìn)行所述蠕變模型位移時(shí)效特性的等效轉(zhuǎn)化，其中為位移的時(shí)效系數(shù)、為時(shí)間t=t1的位移、為時(shí)間t=t2的位移、為時(shí)間t=t1的應(yīng)變、為時(shí)間t=t2的應(yīng)變；

（4）確定基坑變形時(shí)間的實(shí)際取值，即所述t2的取值，計(jì)算位移或應(yīng)變比值，根據(jù)數(shù)值模擬所得的瞬態(tài)位移值推算t=t2位移，并以此近似得到土體在相應(yīng)剪應(yīng)力水平下的長(zhǎng)時(shí)位移值；

（5）長(zhǎng)時(shí)位移的預(yù)測(cè)與分析：根據(jù)第（1）項(xiàng)至第（4）項(xiàng)的結(jié)果計(jì)算各個(gè)不同剪應(yīng)力水平位移時(shí)效系數(shù)，建立以FEM瞬態(tài)力學(xué)狀態(tài)模擬及土體位移時(shí)效系數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，根據(jù)基坑開挖FEM數(shù)值模擬結(jié)果及所建立的公式計(jì)算基坑開挖水平位移和土體分層沉降；

（6）與基坑內(nèi)的實(shí)測(cè)結(jié)果比較分析，反饋施工。

第（4）項(xiàng)中t₂的選取為所述土體達(dá)到應(yīng)變?yōu)?0%以上所經(jīng)歷的時(shí)間。

第（5）項(xiàng)中，所述經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為：

，其中m為假定的土體層數(shù)，且每層土體中有k個(gè)已知位移值。