CN107895084A - 确定基坑被动区加固体等效m值的方法、设备及存储设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了确定基坑被动区加固体等效m值的方法、设备及存储设备，针对基坑被动区加固形式，提出了基于刚性桩转动理论确定加固体等效m值的方法，确定基坑被动区加固体等效m值的设备及存储设备，用于实现确定基坑被动区加固体等效m值的方法。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

确定基坑被动区加固体等效m值的方法、设备及存储设备
技术领域
本发明涉及勘探岩石建筑领域，尤其涉及确定基坑被动区加固体等效m值的方法、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，其中一种即为裙边加固，基坑被动区裙边加固的变形计算普遍采用弹性抗力法，为此必须确定加固深度范围内加固体的m值。目前，加固体m值可根据规范提供的经验关系式计算得到，主要通过建立m值与抗剪强度指标c和之间的相关关系计算得到，显然该法只能是一种纯经验处理方法，忽略了很多影响加固体变形控制作用的因素，缺乏理论依据，尤其对于有限宽度范围的加固体，加固体宽度对m值的影响无法得到反映，加固宽度为1m、6m、8m、10m甚至达15m都是一样的m值，显然不合理，在不少情况下，这样简单的处理方法可能导致错误的结果。因此，在现有弹性抗力法的基础上，寻求一种能够考虑加固体宽度、加固体高度、加固体侧方及下方土层性质等因素影响的加固体m值计算方法具有重要的现实意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种确定基坑裙边加固体等效m值方法、设备及存储设备，主要包括以下步骤：
步骤1：根据基坑被动区加固体，提取计算加固体等效m值所需的参数；
步骤2：根据所述参数，得到不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式；
步骤3：根据所述参数，得到考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式；
步骤4：使所述不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式和考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式相等；
步骤5：根据所述不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式和考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式相等式，计算得到基坑被动区加固体等效m值，即确定基坑被动区加固体等效m值。
进一步地，在步骤1中，所述基坑被动区裙边加固体包括：加固体、支护桩、桩顶冠梁、加固体前方原状土、加固体下方原状土。
进一步地，在步骤1中，所述提取计算加固体等效m值所需的参数包括：加固体前方原状土的m值、加固体下方原状土的m值、加固体截面惯性矩、加固体高度。
进一步地，在步骤2中，当加固体的宽度小于0.01m时，不考虑加固体底面反力；不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式为：其中，H0为作用于加固体顶的水平力，B为垂直于力的作用方向的加固体的宽度，md为基坑被动区加固体等效m值，l为加固体的高度。
进一步地，在步骤3中，当加固体的宽度大于0.01m时，考虑加固体底面反力；考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式为：其中，H0为作用于加固体顶的水平力，IB为加固体截面惯性矩，l为加固体的高度，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
进一步地，在步骤4中，使所述不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式和考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式相等时，得到的公式为：其中，H0为作用于加固体顶的水平力，md为基坑被动区加固体等效m值，IB为加固体截面惯性矩，l为加固体的高度，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
进一步地，在步骤5中，确定基坑被动区加固体等效m值的公式为：其中，l为加固体的高度，IB为加固体截面惯性矩，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现确定基坑被动区加固体等效m值的方法。
确定基坑被动区加固体等效m值的设备，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确定基坑被动区加固体等效m值的方法。
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基坑被动区加固体等效m值的方法流程图；
图2是本发明实施例中基于刚性桩转动理论中的刚性桩转动示意图；
图3是本发明实施例中基于刚性桩转动理论中的刚性桩底面反力分布示意图；
图4是本发明实施例中具有一定宽度的加固体示意图；
图5是本发明实施例中宽度很小的加固体示意图；
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确定基坑被动区加固体等效m值的方法、设备及存储设备，针对基坑被动区裙边加固形式，提出了基于刚性桩转动理论确定基坑被动区加固体等效m值的方法；确定基坑被动区加固体等效m值的设备及存储设备，用于实现确定基坑被动区加固体等效m值的方法。
请参考图1，图1是本发明实施例中确定基坑被动区加固体等效m值的方法流程图，具体步骤如下：
S101：根据基坑被动区加固体，提取计算加固体等效m值所需的参数；所述基坑被动区加固体包括：加固体、支护桩、桩顶冠梁、加固体前方原状土、加固体下方原状土；所述提取计算加固体等效m值所需的参数包括：加固体前方原状土的m值m1、加固体下方原状土的m值m2、加固体截面惯性矩IB、加固体高度l；
S102：根据所述参数，得到不考虑底面反力时桩顶的水平位移的计算公式；所述不考虑底面反力的情况是指：当加固体的宽度小于0.01m时，不考虑加固体底面反力；如图2所示，刚性桩转动理论中，当刚性桩的抗弯刚度无限大时，在外力作用下刚性桩是以某一点为中心作刚体转动，设这时的转角为θ0，桩顶的水平位移为y0，则桩上任意一点x的位移y的计算公式如公式(1)所示：
y＝y0-θ0x (1)
基于刚性桩转动理论，以基坑被动区加固体作为刚性桩转动理论中的刚性桩，假定地基为线性弹性体，地基反力系数在高度方向上按线性增加，则地基反力p的计算公式如公式(2)所示：
p＝mxy (2)
其中，x为加固体上任意一点，y为加固体上任意一点x的位移，m为水平抗力系数随高度变化的比例系数。
由公式(1)和公式(2)可以得到公式(3)：
p＝m(y0x-θ0x2) (3)
其中，p为地基反力，m为水平抗力系数随高度变化的比例系数，x为加固体上任意一点，θ0为加固体的转角，y0为加固体顶的水平位移。
加固体上任意一点x处的剪力Sx的公式如公式(4)所示：
其中，H0为作用于加固体顶的水平力，B为垂直于力的作用方向的加固体的宽度，p为地基反力，m为水平抗力系数随高度变化的比例系数，x为加固体上任意一点，θ0为加固体的转角，y0为加固体顶的水平位移。
加固体上任意一点x处的弯矩Mx的公式如公式(5)所示：
其中，M0为作用于加固体顶的弯矩，H0为作用于加固体顶的水平力，ξ是为了确定剪力作用的力臂而引入的0～x之间的自变量，B为垂直于力的作用方向的加固体的宽度，p为地基反力，m为水平抗力系数随高度变化的比例系数，x为加固体上任意一点，θ0为加固体的转角，y0为加固体顶的水平位移。
在加固体上x＝l处，是加固体底，其剪力和弯矩均为零，可以得到如公式(6)和公式(7)所示的关系式：
其中，M0为作用于加固体顶的弯矩，H0为作用于加固体顶的水平力，B为垂直于力的作用方向的加固体的宽度，p为地基反力，m为水平抗力系数随高度变化的比例系数，x为加固体上任意一点，θ0为加固体的转角，y0为加固体顶的水平位移。
当加固体宽度很小时，水平抗力系数随高度变化的比例系数m取图5中的加固体等效前方原状土的m值md，即基坑被动区加固体等效m值md，联立公式(6)和公式(7)，求解得到不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移y01的计算公式(8)和加固体的转角θ0的公式(9)：
其中，M0为作用于加固体顶的弯矩，H0为作用于加固体顶的水平力，B为垂直于力的作用方向的加固体的宽度，md为基坑被动区加固体等效m值，l为加固体的高度。
S103：根据所述参数，得到考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式；所述考虑加固体底面反力的情况是指：当加固体的宽度大于0.01m时，考虑加固体底面反力；由于加固体底转动产生的底面反力，形成了值为C0I0θ0的抵抗力矩，将该值加在公式(7)所示等式的左边，此时，水平抗力系数随高度变化的比例系数m取图4中的加固体前方原状土的m值m1，则根据公式(6)和公式(7)得到如公式(10)和公式(11)所示的公式：
其中，C0为加固体底面地基土竖向抗力系数，IB为加固体截面惯性矩，B为垂直于力的作用方向的加固体的宽度，m1为加固体前方原状土的m值，l为加固体的一定点，θ0为加固体的转角，y02为考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移，M0为作用于加固体顶的弯矩，H0为作用于加固体顶的水平力。
以延米为计量单位进行计算，令B＝1m，由于被动区加固体顶部一般不存在弯矩，故而令M0＝0，由公式(10)和公式(11)可得到公式(12)和公式(13)：
其中，C0为加固体底面地基土竖向抗力系数，IB为加固体截面惯性矩，m1为加固体前方原状土的m值，l为加固体的高度，θ0为加固体的转角，y02为考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移，H0为作用于加固体顶的水平力。
联立公式(12)和公式(13)，求解得到公式(14)：
其中，y02为考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移，H0为作用于加固体顶的水平力，C0为加固体底面地基土竖向抗力系数，IB为加固体截面惯性矩，m1为加固体前方原状土的m值，l为加固体的高度。
根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)附录C.0.2第3条可知，加固体底面地基土竖向抗力系数C0的计算公式如公式(15)所示：
C0＝m2l (15)
其中，m2为加固体下方原状土的m值，近似取为地基土水平向抗力系数的比例系数；l为加固体高度，且当l小于10m时，按10m计算。
一般情况下，加固体高度不超过10m，故在本实施例取l＝10m，而且从安全的角度考虑，加固体高度l＝10m也较为合适。因此，由公式(15)可知，C0＝10m2。
将m＝m1和C0＝10m2代入公式(14)中，可以得到考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移y02的计算公式(16)：
其中，H0为作用于加固体顶的水平力，IB为加固体截面惯性矩，l为加固体的高度，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
S104：使所述不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移y01的计算公式和考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移y02的计算公式相等，即y01＝y02；由于B＝1m，M0＝0，则由公式(8)可知，不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移y01的计算公式(17)为：
其中，H0为作用于加固体顶的水平力，l为加固体的高度，md为基坑被动区加固体等效m值。
由公式(16)可知，考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移y02的计算公式(18)为：
其中，H0为作用于加固体顶的水平力，IB为加固体截面惯性矩，l为加固体的高度，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
由y01＝y02得到相等式(19)：
其中，H0为作用于加固体顶的水平力，IB为加固体截面惯性矩，l为加固体的高度，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值，md为基坑被动区加固体等效m值。
S105：根据所述不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式和考虑加固体底反力时加固体顶的水平位移的计算公式的相等式令计算得到基坑被动区加固体等效m值md，即确定基坑被动区加固体等效m值md，其中，l为加固体的高度，IB为加固体截面惯性矩，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
请参考图2，图2是本发明实施例中基于刚性桩转动理论中的刚性桩转动示意图，包括：刚性桩6、转动之后的刚性桩7和地基反力8，当刚性桩的抗弯刚度无限大时，在外力作用下刚性桩是以某一点为中心作刚体转动。
请参考图3，本发明实施例中基于刚性桩转动理论中的刚性桩底面反力分布示意图，包括：刚性桩6和底面反力9，底面反力9作用于刚性桩6。
请参见图4，图4是本发明实施例中具有一定宽度的加固体示意图，包括：加固体1、围护桩2、桩顶冠梁3、加固体前方原状土4和加固体下方原状土5，其中，加固体的宽度远远大于零，桩顶冠梁3与支护桩2连接，支护桩2与加固体1、加固体下方原状土5同时相连，加固体前方原状土4也与加固体1、加固体下方原状土5同时相连。
请参见图5，图5是本发明实施例中宽度很小的加固体示意图，包括：加固体1、支护桩2、桩顶冠梁3、加固体等效前方原状土4和加固体下方原状土5，其中，加固体的宽度接近于零，桩顶冠梁3与支护桩2连接，支护桩2与加固体1、加固体下方原状土5同时相连，加固体前方原状土4也与加固体1、加固体下方原状土5同时相连。
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：确定基坑被动区加固体等效m值的设备11、处理器12及存储设备13。
确定基坑被动区加固体等效m值的设备11：所述确定基坑被动区加固体等效m值的设备11实现所述确定基坑被动区加固体等效m值的方法。
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确定基坑被动区加固体等效m值的方法。
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用于实现所述确定基坑被动区加固体等效m值的方法。
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 (9)

1.确定基坑被动区加固体等效m值的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据基坑被动区加固体，提取计算加固体等效m值所需的参数；
步骤2：根据所述参数，得到不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式；
步骤3：根据所述参数，考虑加固体底面反力得到考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式；
步骤4：使所述不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式和考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式相等；
步骤5：根据所述不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式和考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式相等式，计算得到基坑被动区加固体等效m值，即确定基坑被动区加固体等效m值。
2.如权利要求1所述的确定基坑被动区加固体等效m值的方法，其特征在于：在步骤1中，所述基坑被动区加固体包括：加固体、支护桩、桩顶冠梁、加固体前方原状土、加固体下方原状土。
3.如权利要求1所述的确定基坑被动区加固体等效m值的方法，其特征在于：在步骤1中，所述提取计算加固体等效m值所需的参数包括：加固体前方原状土的m值、加固体下方原状土的m值、加固体截面惯性矩、加固体高度。
4.如权利要求1所述的确定基坑被动区加固体等效m值的方法，其特征在于：在步骤2中，当加固体的宽度小于0.01m时，不考虑加固体底面反力；不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式为：其中，H0为作用于加固体顶的水平力，B为垂直于力的作用方向的加固体的宽度，md为基坑被动区加固体等效m值，l为加固体的高度。
5.如权利要求1所述的确定基坑被动区加固体等效m值的方法，其特征在于：在步骤3中，当加固体的宽度大于0.01m时，考虑加固体底面反力；考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式为：其中，H0为作用于加固体顶的水平力，IB为加固体截面惯性矩，l为加固体的高度，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
6.如权利要求1所述的确定基坑被动区加固体等效m值的方法，其特征在于：在步骤4中，使所述不考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式和考虑加固体底面反力时加固体顶的水平位移的计算公式相等时，得到的公式为：其中，H0为作用于加固体顶的水平力，md为基坑被动区加固体等效m值，IB为加固体截面惯性矩，l为加固体的高度，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
7.如权利要求1所述的确定基坑被动区加固体等效m值的方法，其特征在于：在步骤5中，确定基坑被动区加固体等效m值的公式为：其中，l为加固体的高度，IB为加固体截面惯性矩，m1为加固体前方原状土的m值，m2为加固体下方原状土的m值。
8.一种存储设备，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1～8所述的任意一种确定基坑被动区加固体等效m值的方法。
9.确定基坑被动区裙边加固体等效m值的设备，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权利要求1～8所述的任意一种确定基坑被动区加固体等效m值的方法。
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