[發(fā)明專利]基于對數(shù)螺旋滑裂面的被動土壓力確定和擋土墻設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211065301.3
• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115329442A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明廣;陳錦劍;林彤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;張琳

本發(fā)明公開基于對數(shù)螺旋滑裂面的被動土壓力確定和擋土墻設(shè)計方法，包括：確定土體的物理力學(xué)參數(shù)；基于參數(shù)結(jié)合對數(shù)螺旋滑裂面獲得滑裂面與兩側(cè)墻體間的夾角；基于物理力學(xué)參數(shù)和夾角，獲得臨界土地寬度；基于臨界土地寬度確定滑裂面與墻體交點，采用薄層單元法計算土壓力；基于土壓力獲得土壓力合力及其作用點位置。本發(fā)明基于對數(shù)螺旋滑裂面假定，建立大主應(yīng)力與滑裂面的耦合關(guān)系，結(jié)合應(yīng)力莫爾圓導(dǎo)出滑裂面與兩側(cè)墻體的夾角，提出有限寬度土體的滑裂面控制方程，隨后通過對滑動土楔薄層單元應(yīng)力分析，推導(dǎo)出被動土壓力的大小和分布表達式，將土壓力應(yīng)用于彈性地基梁模型開展擋土墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計。該方法求解形式簡單，具有很好的工程應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程計算領(lǐng)域，主要涉及一種基于對數(shù)螺旋滑裂面的被動土壓力確定和擋土墻設(shè)計方法。

背景技術(shù)

擋土墻是巖土工程中常見的土體支擋結(jié)構(gòu)，土壓力的確定是擋土墻設(shè)計的關(guān)鍵，經(jīng)典的庫侖和朗肯土壓力理論因其形式簡潔、參數(shù)明確而在工程實踐中得到了廣泛的應(yīng)用。采用經(jīng)典理論求解土壓力要滿足兩個假定：一是墻后土體破壞時的塑性滑動面為直線，二是墻后土體為半無限體。然而實際工程問題復(fù)雜，作用在擋土墻上的土壓力受墻體變位模式、交界面粗糙程度、填土寬度等多種因素的影響。近年來，城市地下空間產(chǎn)生了大量狹窄型基坑，坑內(nèi)被動區(qū)土體寬度受限，無法滿足半無限體的假定。此外，由于墻土摩擦和土拱效應(yīng)的存在，滑動破壞面附近的土單元發(fā)生應(yīng)力偏轉(zhuǎn)，進而導(dǎo)致了滑裂面形狀的改變。復(fù)雜的實際因素使得經(jīng)典理論求解土壓力的方法不再適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于對數(shù)螺旋滑裂面的被動土壓力確定和擋土墻設(shè)計方法，為狹窄基坑中的設(shè)計與施工提供理論參考。

為了達到上述目的，本發(fā)明提出的一種基于對數(shù)螺旋滑裂面的被動土壓力確定方法，包括：

確定土體的物理力學(xué)參數(shù)；

基于所述物理力學(xué)參數(shù)結(jié)合對數(shù)螺旋滑裂面獲得滑裂面與兩側(cè)墻體之間的夾角；

基于所述物理力學(xué)參數(shù)和所述夾角，獲得臨界土地寬度；

基于所述臨界土地寬度確定滑裂面與墻體交點，采用薄層單元法計算土壓力；

基于所述土壓力獲得土壓力合力及其作用點位置。

優(yōu)選地，所述物理力學(xué)參數(shù)包括土體內(nèi)摩擦角、墻土摩擦角、土體寬度和土體重度。

優(yōu)選地，所述基于所述物理力學(xué)參數(shù)結(jié)合對數(shù)螺旋滑裂面獲得滑裂面與兩側(cè)墻體之間的夾角，包括：

建立對數(shù)螺旋滑裂面基本方程，

其中，r(θ)為極坐標系下滑裂面上任一點所對應(yīng)的極半徑和極角；r_b為左側(cè)墻底對應(yīng)的極半徑；θ_b為左側(cè)墻底對應(yīng)的極角；為所述土體內(nèi)摩擦角；

結(jié)合墻體的土單元莫爾圓求得主應(yīng)力跡線和滑裂面偏轉(zhuǎn)角，

基于所述主應(yīng)力跡線和滑裂面偏轉(zhuǎn)角，求解滑裂面與兩側(cè)墻體之間的夾角，

其中，α₁和α₂分別代表滑裂面和左側(cè)、右側(cè)墻體之間的夾角。

優(yōu)選地，所述基于物理力學(xué)參數(shù)和所述夾角，獲得臨界土地寬度，其包括根據(jù)不同土體寬度b、滑裂面與右側(cè)墻體的交點位置以及兩側(cè)墻土摩擦角的發(fā)揮值分為三種情況，分別為與右側(cè)墻體相交(0≤b≤b₀)，滑裂面與右側(cè)墻頂相交(b₀≤b≤b₁)以及滑裂面與右側(cè)墻體分離(b≥b₁)。