[发明专利]一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法

说明书

本发明公开了一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法，包括以下步骤：（1）建立开挖有限元模型及模拟土体开挖过程；（2）地震波的基线校正和加速度有效峰值的调整；（3）地震波的添加；（4）通过对土体的强度参数进行折减获得基坑的稳定性安全系数。通过上述方式，本发明一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法对地震波进行基线校正、调整加速度有效峰值，对基坑开挖过程中地应力平衡、基坑降水、围护结构的施工、地震波的添加、土方开挖等细节进行了详细的模拟，最终通过对地震波作用后基坑土体的强度参数进行折减进而得到基坑的稳定性安全系数,在地震频发区基坑工程稳定性安全系数的计算方法的普及上有着广泛的市场前景。

技术领域

本发明涉及基坑稳定性领域，特别是涉及多遇地震地区地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加速发展，地下空间开发越来越多，基坑工程尤其是地震多发区基坑工程日益增多，基坑施工过程遭遇地震的几率增大且风险难以预测。同时由于工程规模的不断增大、工程地质条件的多样化、基坑工程与其他紧邻或关联工程相互影响的复杂化、地震及地质灾害的不确定性等也给基坑施工增加了更大的技术和安全风险，同时提出更高的技术与风险防范要求。因此，深基坑施工过程的灾害防范已经成为我国尤其是地震及地质灾害多发地区大型和高层建筑施工中极其重要的环节。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是多遇地震区提供一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法，土体采用M-C模型，围护结构采用线弹性模型，利用大型有限元软件ABAQUS建立有限元模型对基坑施工过程进行模拟分析，对基坑开挖过程中地应力平衡、围护结构的施工、基坑降水、地震波的输入和土方开挖等细节进行了详细的模拟，最终通过对土体的强度参数进行折减进而得到基坑的稳定性安全系数具有创新意义，拥有广泛的工程应用前景，在多遇地震区基坑稳定性安全系数的计算方法的普及上有着广泛的市场前景。

为解决上述技术问题，本发明提供一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法，包括以下步骤：

（1）建立开挖有限元模型：

在工程勘察阶段，通过直接剪切试验获取土体的强度参数，土体采用M-C模型，根据基坑开挖施工方案和土体的强度参数，引入无限单元模拟半无限域的影响，建立开挖有限元模型；

（2）模拟土体开挖过程：

对模型的地应力进行平衡，采用场变量控制法和单元生死控制法对土体开挖过程进行模拟；

（3）地震波的基线校正及加速度有效峰值的调整：

地震波在输入前，需进行基线校正处理，否则地震位移波将发生明显漂移现象。然后对加速度有效峰值进行调整，即加速度有效峰值等于最大水平地震影响系数乘以重力加速度再除以2.25;

(4)地震波的输入:

将地震波作为边界条件输入到模型顶部除待开挖土体及无限单元外的节点上，并进行隐式动态分析;

（5）获得基坑的稳定性安全系数：

通过改变场变量的数值，对土体的粘聚力和内摩擦角数值进行折减，直到基坑失稳，最终基坑失稳时场变量的值即为基坑的稳定性安全系数。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中的建立所述开挖有限元模型的具体方法包括以下步骤：

（a）土体采用M-C模型，模型强度参数通过直接剪切实验获取；

（b）在M-C模型的四周建立二维无限元模拟半无限域的影响，再施加重力，得到土体在自重作用下的受力及变形，同时导出初始地应力文件；

（c）建立二维有限-无限单元模型，并读入初始地应力文件，从而获得地应力的平衡；