[发明专利]一种考虑土抗力突变的基坑支护桩挠度的计算方法

说明书

本发明涉及一种考虑土抗力突变的基坑支护桩挠度的计算方法，属于岩土工程计算方法领域，本发明的技术方案为：推导桩身挠曲微分方程，确定岩土复合地层抗力函数，将桩身分段，联立各分段微分方程计算桩身挠度。本发明主要考虑了岩土抗力函数在岩土分界面有突变，此外也考虑了支撑变位受开挖过程影响、利用分段独立坐标将桩身分段计算等，能更加贴合工程实际情况，减少支护结构受力变形计算误差，使支护桩挠度计算更为准确，保障施工建设安全。

技术领域

本发明属于岩土工程计算方法领域，具体涉及一种考虑土抗力突变的基坑支护桩挠度的计算方法。

背景技术

在深基坑各种支护结构中，排桩-钢支撑支护形式被广泛应用。围护结构的受力变形是基坑稳定性控制的重点之一，也是基坑设计和施工过程中重点关注的问题。

目前，基坑中桩-撑支护结构体系的内力和变形计算方法，为了简便计算，大都将岩土抗力模数看为沿桩体深度方向连续分布的形式。但在实际工程中，地下地质分布较为复杂，各土层间的物理力学性质也存在一定的差异，特别是在既有土层又有岩层的地质条件下，不能再将岩土抗力模数看为连续分布的函数，应当分段进行考虑。

另一方面，目前的计算方法大多将支护结构简单地看成杆件结构，没有考虑基坑开挖过程的影响，支护结构似乎在开挖前就已经存在，也即没有考虑基坑支撑反力和结构形变随基坑开挖过程的变化。

上述弊端势必造成严重的计算误差，对工程实施造成安全隐患。

发明内容

为了减少上述计算误差，使计算结果更接近实际情况，本发明提出了一种考虑土抗力突变的基坑支护桩挠度的计算方法，能够更准确地计算基坑支护桩的挠度。

一种考虑土抗力突变的基坑支护桩挠度的计算方法，本发明技术方案如下：

步骤(1)：推导开挖面以下的桩身挠曲微分方程；

步骤(2)：推导开挖面以上的桩身挠曲微分方程；

步骤(3)：确定有突变的岩土复合地层抗力函数p＝p(x,y)；

步骤(4)：用考虑开挖过程影响的分段独立坐标法，将桩身分段；

步骤(5)：联立各分段的微分方程计算桩体挠度；

进一步地，步骤(1)中，开挖面以下桩身挠曲微分方程为：

其中，q(x)为荷载函数，与深度x及外荷载相关；p＝p(x,y)表示岩土地基反力函数，其分布情况与桩体深度x及桩变形大小y密切相关。

进一步地，步骤(2)中，开挖面以上桩身挠曲微分方程为：

其中，q₀表示基坑外侧岩土体侧向梯形荷载的梯形短边荷载大小，n₀表示的是三角形分布荷载随着深度x变化的斜率大小。

进一步地，步骤(3)中，岩土复合地层抗力函数p＝p(x,y)取值为：

其中，x＜t时代表土层，x≥t时代表岩层；m₁和m₂是与土质有关的比例系数；n为关于深度x的指数，不同的n值代表不同的土抗力分布形式；b₀表示桩体内力变形计算宽度。

进一步地，步骤(4)中，考虑开挖过程影响的定义如下：

各支撑架设前，在其对应位置处已产生了一定的初变位。在各支撑架设位置处，桩体的实际弹性压缩变形为某个时刻计算出的桩体总变位减去该支撑位置处桩体的初变位。

进一步地，步骤(4)中，分段独立坐标法的定义如下：