[发明专利]一种微倾斜基坑围护结构的安全系数解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程中竖井施工安全研究，特别是涉及一种微倾斜基坑围护结构的安全系数解算方法。

背景技术

盾构接收井和始发井一般同时建造，并最终成为车站的一部分，所以造成接收井长期不能回填。在市中心接收井只能以竖井的形式修建，导致土体的沉降和变形造成严重后果。

对于基坑边坡的安全系数已有较多研究。如万少石等研究了边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题; 杨果林教授研究了加筋土挡墙稳定性分析的点安全系数法; 王玉杰等对基于可靠度分析的锚杆抗拔安全系数取值标准进行了研究; 郭院成教授对基于强度折减的边坡动力安全系数确定方法进行了研究；李明等用有限元强度折减法求解坝坡抗滑稳定安全系数。上述研究基本集中在大阳角边坡上，基于强度折减的安全系数求法是否适用于小阳角竖井维护结构的安全系数计算尚未有有效研究。

实际上由于大连特殊的地质条件、地下水位高、岩石和沙砾的不稳定及土骨架有效应力弱等特点可能引起更大的水平作用力；同时该竖井支撑仅安装在维护结构的上部，造成了后期测量时发现2号线201标段交通大学盾构接受竖井维护结构的一面产生了小阳角。

为分析特定工况下该阳角面维护结构的安全性，使用FLAC3D对该阳角面进行建模并计算其安全系数。实验表明借助基坑边坡安全系数理论解决带阳角面竖井的安全系数解算是可行的，模型的设计能客观的反映竖井维护结构和周边土体的稳定性。安全系数的解算可为竖井安全分析提供有价值的信息。

发明内容

针对竖井施工过程中，可能由于一些原因使其维护结构产生变形的情况，本发明提出一种微倾斜基坑围护结构的安全系数解算方法。

当竖井维护结构产生了一个小角度的反向转动时，可以作为类似带阳角（反向转动）基坑边坡进行处理，即可将反向转动的竖井维护结构类比于相同条件下阳角基坑边坡计算其安全系数。

发明以某地铁2号线，201标段，某站盾构接收井为研究对象，该井由于地质条件和支护条件使维护结构的一面产生了微小阳角(5°)，使用上述等效理论，考虑地质、结构和支护等条件，使用FLAC3D进行建模，解算该面的安全系数。结果表明微小阳角竖井维护结构可以类比基坑的维护结构进行安全系数计算，安全系数略大于1。解算过程见实施例。

附图说明

图1 竖井内实图

图2 各土层物理力学参数图

图3 初始应力场的竖直方向压力云图

图4 嵌入后模型中锚索示意图

图5 模型剪切应变云图及速度矢量图

图6 模型变形矢量图

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合使用到的相关理论和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例为盾构接收井工程，其中心里程数为CK18+135.50，竖井横断面尺寸为12m×9m，深为35m，二次维护结构厚为80cm，维护结构总厚度接近1m。竖井施工应用钻爆结合的方式进行施工，同时使用喷锚方式进行加固维护结构。竖井上部使用工字钢进行斜撑。竖井内如图1所示。由地质勘察报告可得各土层物理力学参数如图2所示。

自1975年Zienkiewics首次提出强度折减有限元法以来，该方法因其不需要预先假定滑动面的形状和位置、物理意义明确和能够反映土坡的渐近破坏过程而受到学者的广泛关注。Dawson等基于FLAC程序，采用强度折减技术分别讨论了粗、细网格条件下边坡的安全系数，得出细网格下所获得的解更接近于极限分析的上限解；杨有成等也得出了类似的结论。强度折减法中边坡稳定性的安全系数定义为：是边坡刚好达到临界破坏状态时，对岩、土体的抗剪强度进行折减的程度，即定义安全系数为岩土体的实际抗剪能力与临界破坏时的折减后剪切强度的比值。折减后的强度参数表达为：

     (1)

式中：和是土体实际发挥的抗剪强度；F为抗剪强度折减系数；和为折减前得抗剪强度.

在FLAC3D中，强度折减主要通过公式(1)进行计算，然后对边坡稳定性进行数值分析，不断地增加折减系数。反复计算，直至其达到临界破坏，此时得到的就是安全系数。详情参见FLAC3D用户手册关于Solve fos的说明。

接收井底距地面高35m，维护结构厚1m。坑底至模型下底面厚度为10m，维护结构和周围岩土层厚度为10m。根据实际的变形测量，得到该面的阳角为5 °。