[发明专利]考虑作用点位置的基坑柔性支护主动土压力计算方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种基坑支护结构主动土压力的计算方法，特别涉及一种考虑作用点位置的基坑柔性支护结构主动土压力计算方法。

背景技术

支护结构在基坑开挖和使用过程中的受力变形是一个极为复杂的问题，影响因素很多，正确计算基坑工程中侧向土压力的分布和大小是合理设计基坑工程的前提。从广义上讲，土压力是土作用在工程结构上的或作用在被土体所包围的结构物表面上的压力或那些压力的合力。在基坑工程的设计与施工中，土压力是作用在支护结构上的主要荷载，在进行支护结构强度计算和土体整体稳定性验算以及变形量计算时，首先要确定的是作用在结构体上的总土压力分布，土压力是土与挡土结构之间相互作用的结果，它主要取决于支护桩(墙)体的变位方式、方向、大小。基坑工程往往处于城市密集区，周围环境要求极高，如果不能正确计算土压力，就很难较精确地预测墙土体的变形，从而无法进行环境变形控制设计。合理地进行基坑工程设计，首先必须提出简单实用而尽可能合理的土压力计算模式。目前仍然广泛沿用极限平衡理论为基础的土压力理论，如朗肯土压力理论和库仑土压力理论。在无超载情况下，上述两种理论沿墙背的土压力分布自上至下由数值零开始线性分布，合力作用点位于墙体的下三分点处。考虑到柔性支护结构和土体接触面的共同协调变形，导致土压力的分布不一定是三角形分布，甚至由于支护结构刚度的不均匀导致土压力的非线性分布。比如当柔性支护结构顶部的位移较大时，导土压力的分布图形大致为矩形，因而，土压力的作用点大致在中点，与其相对应的墙后的不稳定土体的滑裂面也不是直线。因此，上述的主动土压力理论并不适用于柔性支护结构领域。在基坑工程中，柔性支护结构可以通过调节支护方式、构件位置来调整土压力作用位置，也可能因为施工方法、步骤和施工位置的不同，也会使作用点位置发生变化。因此，研究一种符合实际的基坑柔性支护结构的主动土压力计算方法,是基坑工程合理设计并科学管理的基础。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供考虑作用点位置的基坑柔性支护主动土压力计算方法，该计算方法是考虑作用点位置的主动土压力精确求解方法，适用于交通、水利、市政、建筑等部门中基坑支护方案的设计。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

考虑作用点位置的基坑柔性支护主动土压力计算方法，该方法包括以下步骤：

S1：确定精度控制量eps、基坑几何要素和土体物理力学参数；

所述eps是一个接近于0的数值；所述基坑几何要素包括基坑深度H；所述土体物理力学参数包括基坑土体的重度γ，内摩擦角φ，内聚力c，通过取样和实验手段确定它们的数值；

S2：确定主动土压力合力作用点位置系数n_a；

所述n_a是作用点位置至坑底的距离与基坑深度的比值，通过进行调查研究，根据柔性支护形式和实际工程工况来合理确定n_a；

S3：初定滑裂面中心坐标(x₀,s₀)，由此土体滑裂面可用对数螺旋线y＝s(x)表示，P_a为作用在支护结构的主动土压力，σ(x)、τ(x)分别为作用在滑动面上的法向、切向应力；

S4：求出函数Φ(x₀,s₀)的表达式，搜索滑裂面真实的中心坐标(x₀,s₀)，寻找函数Φ(x₀,s₀)的最小值Φ_min，若Φ_min≤eps,则跳转至S5，否则终止计算，表明在此作用点处，支护结构达不到平衡；

S5：确定滑裂面方程；

根据S4搜索的滑裂面真实中心坐标(x₀,s₀)，即可得到滑裂面方程：