基于水平弹簧刚度折减的反压土计算方法
发布时间：2021-02-24 09:01
为促进反压土台支护技术的广泛应用,针对现行刚度折减计算方法的局限性,基于力学平衡原理,提出了基坑内开挖影响距离的计算方法。在此基础上,对反压土的水平弹簧刚度进行折减,并通过弹性地基梁法求解反压土支护问题。通过工程实例的计算与分析,验证了基于水平弹簧刚度折减方法的可靠性和适用性。结果表明:①基坑开挖影响距离不仅与基坑悬臂深度有关,还与坑内开挖深度、土的物理力学性质也密切相关;②当反压土台宽度为1～2倍土台高度时,土层弹簧刚度与土台截面面积近似呈正相关关系;③当土层均一且土性良好时,基坑开挖影响距离按经验取值3～5倍基坑悬臂深度是适用的。当地层含有厚层软土时,经验取值计算结果最大误差可达57%,现行刚度折减方法不再适用。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
开挖影响距离计算简图Fig.1Calculationmodelofinfluencedistanceofexcavation
第4期吴龙梁，等：基于水平弹簧刚度折减的反压土计算方法1487得到开挖影响区域。开挖影响区域外边界为不动边界(见图2)，可认为不动边界以内的土体刚度近似等于无限宽度的土体刚度。图2土层刚度折减计算示意图Fig.2Sketchmapofsoilstiffnessreduction反压土台水平刚度折减通过计算反压土台面积与开挖影响区域面积的比值确定。土层刚度取值计算见式(8)~式(10)。s0f()iiiiAkkA(8)1fdiihihALh(9)stbs1()2iiiiABBH(10)式中：ik为第i层土折减后的弹簧刚度；0ik为第i层土按照常规“m”法计算的弹簧刚度；fiA为第i层土开挖影响区域面积；siA为第i层土反压土台面积；tiB为第i层土反压土台顶部宽度；biB为第i层土反压土台底部宽度；siH为第i层土厚度。3工程实例验证针对本文计算方法，选取一基坑工程实例进行验证分析。该工程位于深圳市南山区，基坑开挖深度为11m，采用桩锚+反压土组合支护形式。根据南北侧土层情况，设计了两种反压土台支护方案：北侧土台高7m，土台顶宽5m，土台底宽12m；南侧土台高9m，土台顶宽7m，土台底宽16m，南、北侧土台坡比均为1∶1。支护结构剖面如图3所示。3.1开挖影响距离验证分析根据图3所示的基坑南、北侧典型剖面，应用有限元分析软件MIDAS-GTS建立二维有限元计算模型。考虑到开挖层存在软土情况，采用HS-Small本构模型进行有限元计算。本构模型主要参数见表1。表中c为有效粘聚力，为有效内摩擦角，refoedE为土体的切线模量，ref
所示的基坑南、北侧典型剖面，应用有限元分析软件MIDAS-GTS建立二维有限元计算模型。考虑到开挖层存在软土情况，采用HS-Small本构模型进行有限元计算。本构模型主要参数见表1。表中c为有效粘聚力，为有效内摩擦角，refoedE为土体的切线模量，ref50E为土体的割线模量，refurE为土体的卸载再加载模量，refoG为初始剪切模量，0.7γ为阈值剪应变，带“*”的小应变参数采用文献[16-17]建议方法取值。桩身水平位移计算结果如图4所示。(a)基坑北侧支护结构剖面(profileofthesupportingstructureonthenorthside)(b)基坑南侧支护结构剖面(profileofthesupportingstructureonthesouthside)图3基坑支护结构剖面图Fig.3Foundationpitsupportingstructure表1土层HS-Small模型参数Tab.1ParametersofHS-Smallmodelinsoillayer土层名称(soilname)c′/kPa/(°)refoedE/MParef50E/MParefurE/MParef*oG/MPa0.7*γ/10-4杂填土(miscellaneoussoil)7213.83.823.41223淤泥质土(muddysoil)291.72.011.5632黏土(clay)9154.25.628.91122砾砂(gravelsand)03518.018.056.02753由图4所知，桩身水平位移有限元计算结果与实测值吻合较好，验证了有限元计算的有效性。在此基础上，改变算例中反压土台顶部宽度和底部宽度，保持其他条件不变，进行有限元计算。在有限元计算中，为对比分析和验证开挖影响区域的准确性，将不规则的开挖影响区域按照等面积原则概化为某一宽度的土台截面(见下文图中开挖影响区域概化截面)。其中，北侧开挖影响区域采用顶宽为
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小应变本构模型的桩锚桩撑组合支护深基坑三维数值分析[J]. 周宇,吴龙梁,赵明,陈顶,吴佳晓. 施工技术. 2017(19)
[2]基于深基坑监测数据的土体小应变刚度参数优化分析[J]. 施有志,林树枝,车爱兰. 应用力学学报. 2017(04)
[3]基坑被动区软土层加固宽度的数值分析[J]. 郭亚磊,江辉煌. 铁道建筑. 2017(02)
[4]基坑预留土台的简化分析方法研究[J]. 尹盛斌. 岩土力学. 2016(02)
[5]支护结构前反压土计算方法回顾及一种新的简化分析方法[J]. 颜敬,方晓敏. 岩土力学. 2014(01)
[6]中心岛法实用设计计算方法研究[J]. 顾问天,陈敏华. 岩土力学. 2013(04)
[7]反压土对悬臂式支护结构嵌固深度的影响研究[J]. 李顺群,郑刚,王英红. 岩土力学. 2011(11)
[8]预留反压土中心顺作法在某超大深基坑中的应用[J]. 窦华港,焦莹. 岩土工程学报. 2008(S1)
[9]基坑开挖反压土作用机制及其简化分析方法研究[J]. 郑刚,陈红庆,雷扬,刘畅. 岩土力学. 2007(06)
[10]基坑内预留土堤对基坑性状的影响分析[J]. 陈福全,吴国荣,刘毓氚. 岩土工程学报. 2006(S1)
本文编号：3049137
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
开挖影响距离计算简图Fig.1Calculationmodelofinfluencedistanceofexcavation
第4期吴龙梁，等：基于水平弹簧刚度折减的反压土计算方法1487得到开挖影响区域。开挖影响区域外边界为不动边界(见图2)，可认为不动边界以内的土体刚度近似等于无限宽度的土体刚度。图2土层刚度折减计算示意图Fig.2Sketchmapofsoilstiffnessreduction反压土台水平刚度折减通过计算反压土台面积与开挖影响区域面积的比值确定。土层刚度取值计算见式(8)~式(10)。s0f()iiiiAkkA(8)1fdiihihALh(9)stbs1()2iiiiABBH(10)式中：ik为第i层土折减后的弹簧刚度；0ik为第i层土按照常规“m”法计算的弹簧刚度；fiA为第i层土开挖影响区域面积；siA为第i层土反压土台面积；tiB为第i层土反压土台顶部宽度；biB为第i层土反压土台底部宽度；siH为第i层土厚度。3工程实例验证针对本文计算方法，选取一基坑工程实例进行验证分析。该工程位于深圳市南山区，基坑开挖深度为11m，采用桩锚+反压土组合支护形式。根据南北侧土层情况，设计了两种反压土台支护方案：北侧土台高7m，土台顶宽5m，土台底宽12m；南侧土台高9m，土台顶宽7m，土台底宽16m，南、北侧土台坡比均为1∶1。支护结构剖面如图3所示。3.1开挖影响距离验证分析根据图3所示的基坑南、北侧典型剖面，应用有限元分析软件MIDAS-GTS建立二维有限元计算模型。考虑到开挖层存在软土情况，采用HS-Small本构模型进行有限元计算。本构模型主要参数见表1。表中c为有效粘聚力，为有效内摩擦角，refoedE为土体的切线模量，ref
所示的基坑南、北侧典型剖面，应用有限元分析软件MIDAS-GTS建立二维有限元计算模型。考虑到开挖层存在软土情况，采用HS-Small本构模型进行有限元计算。本构模型主要参数见表1。表中c为有效粘聚力，为有效内摩擦角，refoedE为土体的切线模量，ref50E为土体的割线模量，refurE为土体的卸载再加载模量，refoG为初始剪切模量，0.7γ为阈值剪应变，带“*”的小应变参数采用文献[16-17]建议方法取值。桩身水平位移计算结果如图4所示。(a)基坑北侧支护结构剖面(profileofthesupportingstructureonthenorthside)(b)基坑南侧支护结构剖面(profileofthesupportingstructureonthesouthside)图3基坑支护结构剖面图Fig.3Foundationpitsupportingstructure表1土层HS-Small模型参数Tab.1ParametersofHS-Smallmodelinsoillayer土层名称(soilname)c′/kPa/(°)refoedE/MParef50E/MParefurE/MParef*oG/MPa0.7*γ/10-4杂填土(miscellaneoussoil)7213.83.823.41223淤泥质土(muddysoil)291.72.011.5632黏土(clay)9154.25.628.91122砾砂(gravelsand)03518.018.056.02753由图4所知，桩身水平位移有限元计算结果与实测值吻合较好，验证了有限元计算的有效性。在此基础上，改变算例中反压土台顶部宽度和底部宽度，保持其他条件不变，进行有限元计算。在有限元计算中，为对比分析和验证开挖影响区域的准确性，将不规则的开挖影响区域按照等面积原则概化为某一宽度的土台截面(见下文图中开挖影响区域概化截面)。其中，北侧开挖影响区域采用顶宽为
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小应变本构模型的桩锚桩撑组合支护深基坑三维数值分析[J]. 周宇,吴龙梁,赵明,陈顶,吴佳晓. 施工技术. 2017(19)
[2]基于深基坑监测数据的土体小应变刚度参数优化分析[J]. 施有志,林树枝,车爱兰. 应用力学学报. 2017(04)
[3]基坑被动区软土层加固宽度的数值分析[J]. 郭亚磊,江辉煌. 铁道建筑. 2017(02)
[4]基坑预留土台的简化分析方法研究[J]. 尹盛斌. 岩土力学. 2016(02)
[5]支护结构前反压土计算方法回顾及一种新的简化分析方法[J]. 颜敬,方晓敏. 岩土力学. 2014(01)
[6]中心岛法实用设计计算方法研究[J]. 顾问天,陈敏华. 岩土力学. 2013(04)
[7]反压土对悬臂式支护结构嵌固深度的影响研究[J]. 李顺群,郑刚,王英红. 岩土力学. 2011(11)
[8]预留反压土中心顺作法在某超大深基坑中的应用[J]. 窦华港,焦莹. 岩土工程学报. 2008(S1)
[9]基坑开挖反压土作用机制及其简化分析方法研究[J]. 郑刚,陈红庆,雷扬,刘畅. 岩土力学. 2007(06)
[10]基坑内预留土堤对基坑性状的影响分析[J]. 陈福全,吴国荣,刘毓氚. 岩土工程学报. 2006(S1)
本文编号：3049137
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