[发明专利]一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法

权利要求书

1.一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于包括以下步骤： 

1）选取基坑降压渗流场和开挖应力场模型计算范围；

2）定义计算范围内坑周土材料属性；对于降压渗流场，假定坑周土为非均质、各向异性、成层分布，渗流为二维稳定平面流，且渗流符合达西定律；

对于开挖应力场，假定坑周土是非均质、各向同性、成层分布的弹塑性体，土体塑性屈服破坏服从Mohr—Coulomb准则；

3）用有限元程序创建几何实体模型，进行单元离散化；所述的基坑几何实体模型中自下而上为承压含水层、弱透水层和潜水层，且设有基坑围护结构和钢支撑；

4）设定基坑降压渗流场和开挖应力场模型边界条件；

5）对基坑模型进行开挖与降压耦合效应的有限元模拟计算；

6）根据计算结果得出承压水基坑坑周土突涌塑性破坏分布图，判断基坑是否突涌。

2.根据权利要求1所述的一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于，所述的步骤1）中的模型计算范围选取原则为：

模型宽度根据基坑开挖和降压的影响范围、及基坑结构对称性确定；

模型高度取基坑承压含水层底至基坑顶面高度。

3.根据权利要求1所述的一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于，所述的步骤3）中的几何实体模型，坑周土采用二维实体单元离散，围护结构和钢支撑分别采用梁单元和杆单元离散。

4.根据权利要求1所述的一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于，所述的步骤4）中的模型边界条件处理为：

对于降压渗流场，模型边界条件为：坑底边界视为隔水边界，沿基坑断面两侧视为第一类给定水头边界，基坑围护结构视为不透水边界；

对于开挖应力场，模型边界条件为：沿基坑横断面两侧边界视为竖向滑动，坑顶视为自由边；坑底视为固支约束。

5.根据权利要求1所述的一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于，所述的步骤5）中的对基坑进行开挖与降压耦合效应的有限元模拟计算，耦合计算有限元方程为：                                               

其中， ，    

 ， 

式中，为应力场刚度矩阵，为应力场单元应变矩阵，为应力场单元弹性矩阵或弹塑性矩阵；为应力场耦合矩阵，为应力场单元形函数矩阵，为单位等参向量；为渗流场刚度矩阵，为渗流场单元梯度矩阵，为渗流场单元渗透系数矩阵；为渗流场耦合矩阵，为渗流场单元形函数矩阵，为渗流场单元应变矩阵；M为应力场和渗流场剖分单元数；为求解域位移增量向量；为求解域孔隙水压力增量向量；为求解域节点荷载增量向量；△t为时间增量；为水容重；为t+△t时刻求解域边界节点流量向量；为t时刻求解域孔隙水压力向量。