CN107748835B - 一种确定暗撑水平向基床系数的方法、设备及存储设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种确定暗撑水平向基床系数的方法、设备及存储设备，针对基坑被动区异形变截面水泥土暗撑，异形变截面水泥土暗撑包括水泥土暗撑、椭圆形原状土，基于一定的几何形状简化处理，综合运用结构力学、材料力学、弹性力学、微积分学等多学科理论知识，提出了异形变截面水泥土暗撑确定暗撑水平向基床系数的方法；一种确定暗撑水平向基床系数的设备及存储设备，用于实现确定暗撑水平向基床系数的方法。本发明提供的方法简单易行，成本低，可靠性高，用于指导基坑被动区加固设计。

Description

一种确定暗撑水平向基床系数的方法、设备及存储设备
技术领域
本发明涉及勘探岩石建筑领域，尤其涉及一种确定暗撑水平向基床系数的方法、设备及存储设备。
背景技术
随着国民经济的快速发展，城市化建设步伐明显加快，为满足人们日常生活需要，地下空间的开发与利用成为必然，越来越多的基坑群林立于城市之中，由于地质条件的多变性，其中不乏许多基坑位于深厚软土地区，这无疑给基坑支护结构的选型带来困扰，往往存在围护结构嵌固深度越深、变形越大的情况发生，究其原因是由于软土的抗剪强度指标极低，无法提供足够的被动抗力，并且主动土压力也较其它类型的土大许多，因而出现上述情况。目前，对于该类型的基坑，进行被动区加固是一种行之有效的技术手段，被动区加固的形式是多种的，其中一种即为异形变截面水泥土暗撑，它不同于裙边加固，因为该种形式的加固体由一侧围护结构抵达至另一侧围护结构，形成了暗撑，传力路径明确，其刚度指标可以用弹性理论公式计算确定。然而，目前相关规范和文献等并未给出异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数的计算方法，工程师进行设计计算时，大多数凭借工程经验确定，显然缺乏理论依据，容易造成较大偏差，设计的基坑支护结构或是不安全，亦或是不经济。因此，在这样的背景下，提出一种合适的异形变截面水泥土暗撑确定暗撑水平向基床系数的方法显得尤为迫切。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种确定暗撑水平向基床系数的方法、设备及存储设备，主要包括以下步骤：
步骤1：根据异形变截面水泥土暗撑，截取其计算单元；
步骤2：根据所述计算单元的设计参数，提取计算异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数所需的参数；
步骤3：根据所述参数，计算梯形加固段压缩量、宽矩形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量；
步骤4：根据所述梯形加固段压缩量、宽矩形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量，计算所述计算单元的总压缩量；
步骤5：根据所述总压缩量，计算异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数，即确定异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数。
进一步地，在步骤1中，所述异形变截面水泥土暗撑包括：水泥土暗撑、椭圆形原状土。
进一步地，在步骤2中，所述计算水平向基床系数所需的参数包括：梯形加固段暗撑高度、梯形加固段的底边长、水泥土弹性模量、宽矩形加固段长度、窄矩形加固段长度、梯形加固段长度、宽矩形加固段截面面积和窄矩形加固段截面面积。
进一步地，在步骤3中，令则所述梯形加固段压缩量的计算公式为：所述宽矩形加固段压缩量的计算公式为：所述窄矩形加固段压缩量的计算公式为：其中，hB为梯形加固段暗撑高度，b1、b2为梯形加固段的两个底边长，LB为梯形加固段的长度，pA为作用于宽矩形加固段的均布荷载，AA、AC分别为异形变截面水泥土暗撑宽矩形加固段和窄矩形加固段的截面面积，LA、LC分别为异形变截面水泥土暗撑宽矩形加固段和窄矩形加固段的长度，E为水泥土暗撑弹性模量。
进一步地，在步骤4中，所述总压缩量的计算公式为：Δ＝2ΔA+2ΔB+ΔC，其中，ΔA、ΔB、ΔC分别为宽矩形加固段压缩量、梯形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量。
进一步地，在步骤5中，所述异形变截面水泥土暗撑以变形不动点为中轴线，异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数的计算公式为：其中,αB为梯形加固段压缩量的系数，AA、AC分别为宽矩形加固段和窄矩形加固段的截面面积，LA、LC分别为宽矩形加固段和窄矩形加固段的长度，E为水泥土暗撑弹性模量。
一种存储设备，其特征在于：所述存储设备存储指令及数据用于实现一种确定暗撑水平向基床系数的方法。
一种确定暗撑水平向基床系数的设备，其特征在于：包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现一种确定暗撑水平向基床系数的方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的方法简单易行，成本低，可靠性高，用于指导基坑被动区加固设计。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中确定暗撑水平向基床系数的方法流程图；
图2是本发明实施例中异形变截面水泥土暗撑平面示意图；
图3是本发明实施例中异形变截面水泥土暗撑计算单元示意图；
图4是本发明实施例中异形变截面水泥土暗撑平面A-A剖面示意图；
图5是本发明实施例中异形变截面水泥土暗撑平面B-B剖面示意图；
图6是本发明实施例中硬件设备工作的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种确定暗撑水平向基床系数的方法、设备及存储设备，针对基坑被动区异形变截面水泥土暗撑(包括水泥土暗撑、椭圆形原状土)，基于一定的几何形状简化处理，综合运用结构力学、材料力学、弹性力学、微积分学等多学科理论知识，提出了异形变截面水泥土暗撑确定暗撑水平向基床系数的方法；一种确定暗撑水平向基床系数的设备及存储设备，用于实现一种确定暗撑水平向基床系数的方法。
请参考图1，图1是本发明实施例中确定暗撑水平向基床系数的方法流程图，具体包括如下步骤：
S101：根据异形变截面水泥土暗撑，截取其计算单元；所述异形变截面水泥土暗撑包括：水泥土暗撑、椭圆形原状土。
S102：根据所述计算单元的设计参数，提取计算异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数所需的参数；所述计算水平向基床系数所需的参数包括：梯形加固段暗撑高度、梯形加固段的底边长、水泥土弹性模量、宽矩形加固段长度、窄矩形加固段长度、梯形加固段长度、宽矩形加固段截面面积和窄矩形加固段截面面积。
S103：根据所述参数，计算梯形加固段压缩量、宽矩形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量；
所述梯形加固段压缩量的计算公式为：其推导过程如下：
设梯形加固段的底边长分别为b1和b2，且b1＞b2，则梯形加固段所截取的微元的一半宽度y的计算公式如公式(1)所示：
其中，L为梯形加固段的长度，且L≥x≥0，α为梯形加固段腰的斜率，y为梯形加固段所截取的微元的一半宽度，x为梯形加固段所截取的微元沿长度方向的距离。
设梯形加固段暗撑高度为h，任意截面处截面积为Ax，任意截面处压应力为px，则存在如公式(3)、(4)所示的关系：
Ax＝2yh (3)
px＝P/Ax (4)
其中，P为总荷载，即均布荷载的合力，y为梯形加固段所截取的微元的一半宽度。
取厚度为dx的微元作计算，梯形加固段压缩量ΔB的积分公式如公式(6)所示：
其中，P为总荷载，即均布荷载的合力，y为梯形加固段所截取的微元的一半宽度，h为梯形加固段暗撑高度，L为梯形加固段的长度，且L≥x≥0，E为水泥土暗撑弹性模量，Δx为梯形加固段压缩量的微元积分，b1为梯形加固段的底边长，x为梯形加固段所截取的微元沿长度方向的距离。
因为求得梯形加固段压缩量ΔB的计算公式如公式(7)所示：
其中，E为水泥土暗撑弹性模量，b1、b2为梯形加固段的两个底边长，且b1＞b2，L为梯形加固段的长度，且L≥x≥0，α为梯形加固段腰的斜率，h为梯形加固段暗撑高度，P为总荷载，即均布荷载的合力。
令则最终梯形加固段压缩量ΔB的计算公式如公式(8)所示:
其中，hB为梯形加固段暗撑高度，LB为梯形加固段的长度，pA为作用于宽矩形加固段的均布荷载，AA为异形变截面水泥土暗撑宽矩形加固段的截面面积，E为水泥土暗撑弹性模量。
所述宽矩形加固段压缩量的计算公式为：所述窄矩形加固段压缩量的计算公式为：其中，pA为作用于宽矩形加固段的均布荷载，AA、AC分别为异形变截面水泥土暗撑宽矩形加固段和窄矩形加固段的截面面积，LA、LC分别为异形变截面水泥土暗撑宽矩形加固段和窄矩形加固段的长度，E为水泥土暗撑弹性模量。
S104：根据所述梯形加固段压缩量、宽矩形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量，计算所述计算单元的总压缩量；所述总压缩量的计算公式为：Δ＝2ΔA+2ΔB+ΔC，其中，ΔA、ΔB、ΔC分别为宽矩形加固段压缩量、梯形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量。
S105：根据所述总压缩量，计算异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数，即确定异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数；所述异形变截面水泥土暗撑以变形不动点为中轴线，异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数的计算公式为：其中,pA为作用于宽矩形加固段的均布荷载，Δ为所述计算单元的总压缩量，AA、AC分别为宽矩形加固段和窄矩形加固段的截面面积，LA、LC分别为宽矩形加固段和窄矩形加固段的长度，E为水泥土暗撑弹性模量。
请参考图2，图2是本发明实施例中异形变截面水泥土暗撑平面示意图，包括水泥土暗撑1，围护结构2，冠梁3，椭圆形原状土4，宽矩形加固段5，梯形加固段6，窄矩形加固段7，整个异形变截面水泥土暗撑平面以窄矩形加固段7的中心点为对称点，其中，围护结构2镶嵌在冠梁3中，围护结构2与宽矩形加固段5相连，宽矩形加固段5与椭圆形原状土4外壁相连，梯形加固段6一端与窄矩形加固段7相连，梯形加固段6另一端与椭圆形原状土4内壁相连，椭圆形原状土4、宽矩形加固段5、梯形加固段6和窄矩形加固段7均在水泥土暗撑1中。
请参考图3，图3是本发明实施例中异形变截面水泥土暗撑计算单元示意图，包括宽矩形加固段5，梯形加固段6，窄矩形加固段7，均布荷载8，其中，宽矩形加固段5与梯形加固段6相连，梯形加固段6与窄矩形加固段7相连，均布荷载8作用于宽矩形加固段5。
请参考图4，图4是本发明实施例中异形变截面水泥土暗撑平面A-A剖面示意图，包括围护结构2，冠梁3，椭圆形原状土4，宽矩形加固段5，其中，围护结构2镶嵌在冠梁3中，宽矩形加固段5与椭圆形原状土4外壁相连。
请参考图5，图5是本发明实施例中异形变截面水泥土暗撑平面B-B剖面示意图，包括围护结构2，冠梁3，宽矩形加固段5，梯形加固段6，窄矩形加固段7，其中，围护结构2与宽矩形加固段5相连，宽矩形加固段5与梯形加固段6相连，梯形加固段6与窄矩形加固段7相连。
请参见图6，图6是本发明实施例的硬件设备工作示意图，所述硬件设备具体包括：一种确定暗撑水平向基床系数的设备11、处理器12及存储设备13。
一种确定暗撑水平向基床系数的设备11：所述一种确定暗撑水平向基床系数的设备11实现所述一种确定暗撑水平向基床系数的方法。
处理器12：所述处理器12加载并执行所述存储设备13中的指令及数据用于实现所述一种确定暗撑水平向基床系数的方法。
存储设备13：所述存储设备13存储指令及数据；所述存储设备13用于实现所述一种确定暗撑水平向基床系数的方法。
本发明的有益效果是：本发明提供的方法简单易行，成本低，可靠性高，用于指导基坑被动区加固设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种确定暗撑水平向基床系数的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据异形变截面水泥土暗撑，截取其计算单元；
步骤2：根据所述计算单元的设计参数，提取计算异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数所需的参数；
步骤3：根据所述参数，计算梯形加固段压缩量、宽矩形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量；令则所述梯形加固段压缩量的计算公式为：所述宽矩形加固段压缩量的计算公式为：所述窄矩形加固段压缩量的计算公式为：其中，hB为梯形加固段暗撑高度，b1、b2为梯形加固段的两个底边长，LB为梯形加固段的长度，αB为梯形加固段压缩量的系数，pA为作用于宽矩形加固段的均布荷载，AA、AC分别为异形变截面水泥土暗撑宽矩形加固段和窄矩形加固段的截面面积，LA、LC分别为异形变截面水泥土暗撑宽矩形加固段和窄矩形加固段的长度，E为水泥土暗撑弹性模量；
步骤4：根据所述梯形加固段压缩量、宽矩形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量，计算所述计算单元的总压缩量；所述总压缩量的计算公式为：Δ＝2ΔA+2ΔB+ΔC，其中，ΔA、ΔB、ΔC分别为宽矩形加固段压缩量、梯形加固段压缩量和窄矩形加固段压缩量；
步骤5：根据所述总压缩量，计算异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数，即确定异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数；所述异形变截面水泥土暗撑以变形不动点为中轴线，异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数的计算公式为：其中,αB为梯形加固段压缩量的系数，AA、AC分别为宽矩形加固段和窄矩形加固段的截面面积，LA、LC分别为宽矩形加固段和窄矩形加固段的长度，E为水泥土暗撑弹性模量。
2.如权利要求1所述的一种确定暗撑水平向基床系数的方法，其特征在于：在步骤1中，所述异形变截面水泥土暗撑包括：水泥土暗撑、椭圆形原状土。
3.如权利要求1所述的一种确定暗撑水平向基床系数的方法，其特征在于：在步骤2中，所述计算异形变截面水泥土暗撑水平向基床系数所需的参数包括：梯形加固段暗撑高度、梯形加固段的底边长、水泥土弹性模量、宽矩形加固段长度、窄矩形加固段长度、梯形加固段长度、宽矩形加固段截面面积和窄矩形加固段截面面积。
4.一种存储设备，其特征在于：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～3所述的任意一种确定暗撑水平向基床系数的方法。
5.一种确定暗撑水平向基床系数的设备，其特征在于：包括：处理器及权利要求4所述的存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1～3所述的任意一种确定暗撑水平向基床系数的方法。
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