[發明專利]一種應用于墻后有限寬度土體的基坑支護結構設計方法

在審

• 申請號: 201810822395.1
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN108984924A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 李明廣;黃彪;陳錦劍;鄧帥
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;E02D17/04
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發明提供了一種應用于墻后有限寬度土體的基坑支護結構設計方法，包括：確定設計所需土體、結構參數，完成基坑支護結構選型及各個剖面的初步設計方案；確定影響墻后土壓力分布的臨界土體寬度值(臨界值)，若墻后土體寬度小于等于臨界值，則采用薄層單元法確定有限寬度土體的土壓力荷載，反之則采用傳統的三角形或梯形土壓力荷載分布；在薄層單元法中，引入墻體位移與摩擦角發揮之間的關系，用以計算非極限土壓力荷載；根據得到的土壓力荷載，采用荷載結構分析法計算支護結構內力，完成支護結構設計。本發明可有效確定基坑開挖過程中支護結構的受力變形，為基坑工程在墻后有限土體寬度情況下提供更為經濟的設計方法。

技術領域

本發明涉及基坑工程計算領域，具體地，涉及一種應用于墻后有限寬度土體的基坑支護結構設計方法。

背景技術

隨著城市地下空間的快速發展，基坑工程緊鄰已有建筑的情況愈發頻繁，使得擬開挖基坑與已有建筑物之間往往是有限寬度的土體。正如《巖土工程學報》(2016年Vol.38No.1,P131-137)中楊明輝等在“墻后有限寬度無粘性土主動土壓力試驗研究”一文中指出，當墻后土體為有限寬度時，傳統的庫倫土壓力計算公式對非粘性土不再適用。因此，若采用傳統的土壓力計算方法與基坑支護結構設計方法，必然導致設計過于保守而造成不必要的成本浪費。

目前，在《建筑基坑支護技術規程》中推薦的彈性地基梁法(m法，也稱為荷載結構分析法)，是基坑支護結構設計常用的方法，設計人員也通過采取相應的修正方法對其進行合理改進。如曹雪山等在專利“一種用于基坑設計的計算方法”(申請號：201610471507.4)中通過迭代估算支護結構水平位移來得到合理的土彈簧m值；《土木工程學報》(2006年Vol.39No.4,P68-72)中鄧子勝采用將土體水平基床系數視為深度與圍護墻位移的非線性函數，建立土壓力增量的計算模型，使得計算更吻合實際工況。但需要指出的是，現有基坑支護結構設計采用的彈性地基梁法，多針對坑內土彈簧進行修正，坑外土壓力仍多采用半無限寬度條件下的朗肯土壓力或庫倫土壓力模型，沒有考慮在墻后有限寬度土體條件下土壓力的改變，更忽略了土壓力與支護結構位移的耦合關系。因此，目前尚未形成一套應用于墻后有限寬度土體條件下的基坑支護結構設計方法。

綜上可知，如何創新地將計算有限寬度土體與反映墻土耦合關系的土壓力模型綜合考慮，是得到一套經濟合理的應用于墻后有限寬度土體的支護結構設計方法的突破口。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種應用于墻后有限寬度土體的基坑支護結構設計方法，可為墻后有限寬度土體的基坑設計與施工提供理論依據。

為實現以上目的，本發明提供一種應用于墻后有限寬度土體的基坑支護結構設計方法，所述方法在圍護墻后土體寬度有限的情況下，對比傳統設計方法能得到更合理的支護結構設計，并通過考慮土體小應變剛度的數值分析確保設計的合理性；

具體的，所述方法包括：

確定基坑支護結構設計所需的土體力學參數、支護結構的幾何及力學參數、土與結構的接觸參數，并完成支護結構選型及各剖面初步設計方案；

確定影響墻后土壓力分布的臨界土體寬度值即臨界值，對比墻后土體寬度與臨界值的大小，用以確定計算土壓力荷載的方法：若墻后土體寬度大于臨界值，則采用三角形或梯形土壓力荷載分布；若墻后土體寬度小于等于臨界值，則采用薄層單元法計算土壓力荷載；

若采用薄層單元法計算墻后土壓力荷載，則結合墻體位移與摩擦角發揮之間的關系，計算得到非極限土壓力荷載分布；

根據計算得到的土壓力荷載，采用荷載結構分析法計算支護結構內力，完成基坑支護結構設計。

優選地，所述影響墻后土壓力分布的臨界土體寬度值即臨界值，采用以下公式確定：

B＝H/tanα_c