CN104328787A - 一种土的开挖回弹过程模拟方法 - Google Patents

Abstract

一种土的开挖回弹过程模拟方法，包括下列步骤：采集需要分析回弹过程的土样；用采集的土样开展先加荷至先期固结压力再逐级卸荷回弹的试验；根据回弹试验的结果，得到各时刻的回弹度U′_t，U′_t等于时刻t的回弹变形与最终回弹变形之比；用式(1)根据回弹度计算各时刻的回弹系数C'_v(t)；根据C'_v(t)-t曲线，用式(2)拟合确定回弹系数模型参数，得到回弹系数模型；用确定了参数的回弹系数模型模拟实际工程中土的开挖回弹过程。采用本发明方法能够真实地反映土的开挖回弹过程。

Description

一种土的开挖回弹过程模拟方法

技术领域

本发明涉及一种分析土体开挖回弹过程的模拟方法，属于土力学理论技术及应用领域。该方法可以有效确定土体由于开挖导致的回弹变形过程。

背景技术

开挖和填筑是土木工程中最为古老和常见的工程措施。传统的土力学和工程界对填筑土体的固结变形进行了大量的研究，建立了以Terzaghi固结理论为基础的固结变形分析方法。然而土体由于开挖引起的回弹变形相对而言研究较少，也没有健全的理论分析方法，工程界也普遍对开挖引起的回弹变形不够重视。

实际上，在20世纪30、40年代Tergzaghi等^[1]就注意到了小的开挖段产生的回弹量比大的开挖段要小的事实；Burford^[2]报道了1957年伦敦地区的地铁隧道上方进行基坑开挖的工程实例，该工程在30年内一直观测到回弹变形，并且尚未稳定；近年来随着基坑工程特别是深基坑工程的增加，土体因开挖而导致的回弹变形逐渐引起了工程师的重视。

目前对于土的开挖回弹分析，工程界的注意力主要放在如何计算开挖后的瞬时回弹量上，有一些学者^[3-9]提出了基坑土体开挖回弹量的分析方法或计算方法，但对于回弹过程的分析则少有关注，然而由Burford报道的案例可知，开挖回弹过程是长期的，应该进行充分的研究分析。

参考文献：

[1]Karl Terzaghi,Ralph B.Peck,Gholamreza Mesri.Soil Mechanics in Engineering Practice[M].New York:Wiley-Interscience,1967.

[2]Burford D..Heave of tunels beneath the Shell Center,London,1956–1986[J].Geotechnique,1986,38(1):155-157.

[3]徐方京，侯学渊.基坑回弹性状分析与预估[M].首届全国岩土工程博士学术讨论会论文集，1990.

[4]宰金珉.开挖回弹量预测的简化方法[J].南京建筑工程学院学报，1997：23-27.

[5]刘国彬，黄院雄，侯学渊.基坑回弹的实用计算方法[J].土木工程学报，2000，33(4)：61-67.

[6]刘国彬，侯学渊.软土基坑隆起变形的残余应力法[J].地下工程与隧道，1996(2)：

[7]张国霞，张乃瑞.病房楼工程基坑回弹和地基沉降的观测分析[J].土木工程学报，1980(l)：

[8]张乃瑞，张凤林.北京部分高层建筑基坑回弹与整体变形分析[J].高层建筑地下结构及基坑支护，1994(8)：248-254.

[9]沈滨，张莉.对大面积深基坑开挖回弹的分析与预估[J].高层建筑地下结构及基坑支护，1994(8)：255-262.

发明内容

本发明的目的在建立一种土的开挖回弹过程分析模型，以Terzaghi固结理论为基础，变加载为卸载，定义回弹系数，认为回弹系数在开挖回弹过程中是变化的，给出回弹系数模型公式，通过卸荷回弹试验结果拟合确定回弹系数模型公式的参数，模拟分析土的开挖回弹过程。

本发明的技术方案是：一种土的开挖回弹过程模拟方法，包括下列步骤：

步骤1采集需要分析回弹过程的土样；

步骤2用采集的土样开展先加荷至先期固结压力再逐级卸荷回弹的试验；

步骤3根据回弹试验的结果，得到各时刻的回弹度U′_t，U′_t等于时刻t的回弹变形与最终回弹变形之比；

步骤4用式(1)根据回弹度计算各时刻的回弹系数C'_v(t)；

$C_v^{\′}\left(t\right)=\frac{{4H}^2}{{\mathrm{\π}}^{2}t}\ln \left[\frac{8}{{\mathrm{\π}}^2(1-U_t^{\′})}\right]---\left(1\right)$

步骤5根据C'_v(t)-t曲线，用式(2)拟合确定回弹系数模型参数a、b、t₀、n，其中a代表t＝0时的初始C_v(0)，b是t＝∞时的最终C_v(∞)，t₀是曲线的转折点，n是系数，得到回弹系数模型；

$C_v^{\′}\left(t\right)=b+\frac{a-b}{1+{\left(\frac{t}{t_0}\right)}^n}---\left(2\right)$

步骤6用确定了参数的回弹系数模型模拟实际工程中土的开挖回弹过程。

本发明的有益效果如下：

采用本发明方法能够真实地反映土的开挖回弹过程。

附图说明

图1为本发明实施例1的土样回弹试验结果和回弹模拟结果对比图。

具体实施方式

实施例1

一种土的开挖回弹过程模拟方法，包括下列步骤：

步骤1采集需要分析回弹过程的土样；

步骤2用采集的土样开展先加荷至先期固结压力再逐级卸荷回弹的试验；

步骤3整理回弹试验的结果，得到各时刻的回弹度U′_t，U′_t等于时刻t的回弹变形与最终回弹变形之比；

步骤4用式(1)根据回弹度计算各时刻的回弹系数C'_v(t)；

$C_v^{\′}\left(t\right)=\frac{{4H}^2}{{\mathrm{\π}}^{2}t}\ln \left[\frac{8}{{\mathrm{\π}}^2(1-U_t^{\′})}\right]---\left(1\right)$

步骤5根据C'_v(t)-t曲线，用式(2)拟合确定回弹系数模型参数a、b、t₀、n，其中a代表t＝0时的初始C_v(0)，b是t＝∞时的最终C_v(∞)，t₀是曲线的转折点，n是系数，得到回弹系数模型；

$C_v^{\′}\left(t\right)=b+\frac{a-b}{1+{\left(\frac{t}{t_0}\right)}^n}---\left(2\right)$

步骤6用确定了参数的回弹系数模型模拟实际工程中土的开挖回弹过程。

附图1为某土样的回弹试验结果。回弹试验模拟了5级开挖，分别使土样的上覆压力由1600kPa减小至800kPa、800kPa减小至400kPa、400kPa减小至200kPa、200kPa减小至100kPa、100kPa减小至0kPa。附图1中还绘制了本文方法模拟的回弹过程，可见本发明的开挖回弹过程模拟方法能够准确地再现了开挖回弹过程。

Claims (1)

1.一种土的开挖回弹过程模拟方法，包括下列步骤：

步骤1采集需要分析回弹过程的土样；

步骤2用采集的土样开展先加荷至先期固结压力再逐级卸荷回弹的试验；

步骤3根据回弹试验的结果，得到各时刻的回弹度U′_t，U′_t等于时刻t的回弹变形与最终回弹变形之比；

步骤4用式(1)根据回弹度计算各时刻的回弹系数C'_v(t)；

$C_v^{\′}\left(t\right)=\frac{4H^2}{{\mathrm{\π}}^{2}t}\ln \left[\frac{8}{{\mathrm{\π}}^2(1-U_t^{\′})}\right]---\left(1\right)$

步骤5根据C'_v(t)-t曲线，用式(2)拟合确定回弹系数模型参数a、b、t₀、n，其中a代表t＝0时的初始C_v(0)，b是t＝∞时的最终C_v(∞)，t₀是曲线的转折点，n是系数，得到回弹系数模型；

$C_v^{\′}\left(t\right)=b+\frac{a-b}{1+{\left(\frac{t}{t_0}\right)}^n}---\left(2\right)$

步骤6用确定了参数的回弹系数模型模拟实际工程中土的开挖回弹过程。