[发明专利]一种局部地基沉陷引起地埋管线变形及内力计算方法

说明书

本发明公开了一种局部地基沉陷引起地埋管线变形及内力计算方法，包括以下步骤：(1)确定地埋管线物理力学参数及截面几何参数；(2)确定土体物理力学参数；(3)确定局部地基沉陷形状参数；(4)根据经验公式获得由于局部地基沉陷引起的地埋管线附加应力；(5)根据附加应力，计算地埋管线附加变形；(6)根据地埋管线附加变形，采用欧拉伯努利梁理论计算地埋管线弯矩及剪力。本发明首次针对局部地基沉陷情况，提出一种基于非连续土体的地埋管线变形计算公式，可以较好地针对类似工程地埋管线进行设计并对其运营安全进行评估，丰富了地埋管线管‑土相互作用方面的研究，补充了地埋管线工程设计相关方面理论。

技术领域

本发明涉及地下结构设计技术领域，特别是涉及一种局部地基沉陷引起地埋管线变形及内力计算方法。

背景技术

随着我国地下工程建设的不断推进，地下建构筑物施工面临的工况也越来越复杂。以盾构隧道工程为例，由于地下空间的局限性，一系列盾构机零间距下穿既有地下管线的工程案例在国内外已屡见不鲜。若处置不当，盾构掘进将对既有的地下管线造成不可逆转的损害。此外，在给水或供气管线工程中，管线局部泄漏将导致周边土体的侵蚀与坍塌，从而增大管线变形，进而造成管线破坏。

这一类地下管线问题均可以简化为置于非连续弹性地基上的弹性地基梁问题。然而，目前工程计算中的弹性地基梁理论均基于连续弹性地基，无法对此类问题进行计算。

发明内容

本发明针对以上不足之处，提供一种局部地基沉陷引起地埋管线变形及内力计算方法，以对局部地基沉陷引起既有管线附加变形及内力大小进行计算，从而对既有地埋管线的安全性进行评估。

一种局部地基沉陷引起地埋管线变形及内力计算方法，包括以下步骤：

(1)确定地埋管线物理力学参数及截面几何参数；

(2)确定土体物理力学参数；

(3)确定局部地基沉陷形状参数；

(4)根据经验公式获得由于局部地基沉陷引起的地埋管线附加应力；

(5)根据附加应力，计算地埋管线附加变形；

(6)根据地埋管线附加变形，采用欧拉伯努利梁理论计算地埋管线弯矩及剪力。

其中，所述地埋管线物理力学参数及截面几何参数包括：管线弹性模量E；管线直径D；管线截面惯性矩I；管线轴线埋深z0；管线跨越局部沉陷段长度l。

其中，所述土体物理力学参数包括：土体弹性模量E_s；土体泊松比μ；土体天然重度γ；土体弹簧弹性系数k及土体剪切层剪切系数G，其中：

其中，所述局部地基沉陷形状参数包括：局部沉陷在地表面的投影形状S(x,y)；局部沉陷各点距地表面距离H(x,y)。

其中，所述经验公式为：

式中，x为管线各点坐标；q₀为地埋管线局部沉陷段中点处的附加应力：

i为最大附加应力处坐标：

其中，所述地埋管线附加变形计算公式包括管-土分离段附加变形及管-土未分离段附加变形，所述管-土分离段附加变形的计算公式为：

式中，x₁＝x+l/2，

所述管-土未分离段附加变形的计算公式为：