CN107977499B - 一种确定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水平向基床系数的方法、设备及存储设备，针对基坑被动区变截面水泥土暗撑，包括裙边加固体、抽条加固体、矩形原状土，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，提出了变截面水泥土暗撑确定水平向基床系数的方法；一种确定水平向基床系数的设备及存储设备，用于实现确定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，其中一种即为变截面水泥土暗撑，它不同于单纯的裙边加固，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，提出一种合适的变截面水泥土暗撑确定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，分别计算变截面水泥土暗撑左裙边加固体、右裙边加固体和抽条加固体的压缩量；
步骤4：根据所述变截面水泥土暗撑左裙边加固体、右裙边加固体和抽条加固体的压缩量，计算变截面水泥土暗撑的总压缩量；
步骤5：根据所述变截面水泥土暗撑的总压缩量，计算变截面水泥土暗撑各加固体的水平向基床系数，即确定截面水泥土暗撑各加固体的水平向基床系数。
进一步地，在步骤1中，变截面水泥土暗撑包括：左裙边加固体、右裙边加固体、抽条加固体、矩形原状土。
进一步地，在步骤2中，所述参数包括：水泥土弹性模量E、左裙边加固段截面面积A1、抽条加固体截面面积A2、右裙边加固体截面面积A3、左裙边加固体长度L1、抽条加固体长度L2、右裙边加固体长度L3。
进一步地，在步骤3中，变截面水泥土暗撑左裙边加固体压缩量的计算公式为：Δ1＝p1L1/E，变截面水泥土暗撑抽条加固体压缩量的计算公式为：Δ2＝p2L2/E，变截面水泥土暗撑右裙边加固体压缩量的计算公式为：Δ3＝p3L3/E，其中，p1为左裙边加固体的压应力，p2为抽条加固体的压应力，p3为右裙边加固体的压应力，L1为左裙边加固体长度，L2为抽条加固体长度，L3为右裙边加固体长度，E为水泥土弹性模量。
进一步地，在步骤4中，变截面水泥土暗撑的总压缩量的计算公式为：Δ＝Δ1+Δ2+Δ3，其中，Δ1为变截面水泥土暗撑左裙边加固体压缩量，Δ2为变截面水泥土暗撑抽条加固体压缩量，Δ3为变截面水泥土暗撑右裙边加固体压缩量。
进一步地，在步骤5中，所述变截面水泥土暗撑的变形不动点位于中轴线，变截面水泥土暗撑左裙边加固体的水平向基床系数的计算公式为：kh1＝2E/(L1+L2A1/A2+L3A1/A3)，变截面水泥土暗撑右裙边加固体的水平向基床系数的计算公式为：kh3＝2E/(L3+L2A3/A2+L1A3/A1)，其中，L1为左裙边加固体长度，L2为抽条加固体长度，L3为右裙边加固体长度，E为水泥土弹性模量，A1为左裙边加固段截面面积，A2为抽条加固体截面面积，A3为右裙边加固体截面面积。
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水平向基床系数的方法。
一种确定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水平向基床系数的方法流程图；
图2是本发明实施例中变截面水泥土暗撑平面示意图；
图3是本发明实施例中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水平向基床系数的方法、设备及存储设备，通过，得到；一种确定水平向基床系数的设备及存储设备，用于实现一种确定水平向基床系数的方法。
请参考图1，图1是本发明实施例中的流程图，具体包括如下步骤：
S101：根据变截面水泥土暗撑，截取其计算单元；变截面水泥土暗撑包括：左裙边加固体、右裙边加固体、抽条加固体、矩形原状土。
S102：根据所述计算单元的设计参数，提取计算变截面水泥土暗撑水平向基床系数所需的参数；所述参数包括：水泥土弹性模量E、左裙边加固段截面面积A1、抽条加固体截面面积A2、右裙边加固体截面面积A3、左裙边加固体长度L1、抽条加固体长度L2、右裙边加固体长度L3。
S103：根据所述参数，分别计算变截面水泥土暗撑左裙边加固体、右裙边加固体和抽条加固体的压缩量；变截面水泥土暗撑左裙边加固体压缩量的计算公式为：Δ1＝p1L1/E，变截面水泥土暗撑抽条加固体压缩量的计算公式为：Δ2＝p2L2/E，变截面水泥土暗撑右裙边加固体压缩量的计算公式为：Δ3＝p3L3/E，具体推导过程如下：
在轴力集中力的作用下,变截面水泥土暗撑左裙边加固体、抽条加固体、右裙边加固体的压应力分别如公式(1)、(2)、(3)所示：
p1＝N/A1 (1)
p2＝N/A2 (2)
p3＝N/A3 (3)
其中，N为轴力集中力，即均布荷载的合力，A1为左裙边加固段截面面积，A2为抽条加固体截面面积，A3为右裙边加固体截面面积。
根据变截面水泥土暗撑左裙边加固体、抽条加固体、右裙边加固体压应力，得到它们的压应变分别如(4)、(5)、(6)所示：
ε1＝p1/E (4)
ε2＝p2/E (5)
ε3＝p3/E (6)
其中，p1为左裙边加固体的压应力，p2为抽条加固体的压应力，p3为右裙边加固体的压应力，E为水泥土弹性模量。
最终，得到变截面水泥土暗撑左裙边加固体、抽条加固体、右裙边加固体的压缩量分别如(7)、(8)、(9)所示：
Δ1＝ε1L1＝p1L1/E (7)
Δ2＝ε2L2＝p2L2/E (8)
Δ3＝ε3L3＝p3L3/E (9)
其中，ε1为左裙边加固体的压应变，ε2为抽条加固体的压应变，ε3为右裙边加固体的压应变，p1为左裙边加固体的压应力，p2为抽条加固体的压应力，p3为右裙边加固体的压应力，L1为左裙边加固体长度，L2为抽条加固体长度，L3为右裙边加固体长度，E为水泥土弹性模量。
S104：根据所述变截面水泥土暗撑左裙边加固体、右裙边加固体和抽条加固体的压缩量，计算变截面水泥土暗撑的总压缩量；变截面水泥土暗撑的总压缩量的计算公式如(10)所示：
Δ＝Δ1+Δ2+Δ3 (10)
其中，Δ1为变截面水泥土暗撑左裙边加固体压缩量，Δ2为变截面水泥土暗撑抽条加固体压缩量，Δ3为变截面水泥土暗撑右裙边加固体压缩量。
S105：根据所述变截面水泥土暗撑的总压缩量，计算变截面水泥土暗撑各加固体的水平向基床系数，即确定截面水泥土暗撑各加固体的水平向基床系数；所述变截面水泥土暗撑的变形不动点位于中轴线，变截面水泥土暗撑左裙边加固体和右裙边加固体的水平向基床系数的计算公式分别如公式(11)、(12)所示：
Figure BDA0001481107180000051
Figure BDA0001481107180000052
其中，p1为左裙边加固体的压应力，p2为抽条加固体的压应力，p3为右裙边加固体的压应力，Δ为变截面水泥土暗撑的总压缩量，L1为左裙边加固体长度，L2为抽条加固体长度，L3为右裙边加固体长度，E为水泥土弹性模量，A1为左裙边加固段截面面积，A2为抽条加固体截面面积，A3为右裙边加固体截面面积。
请参考图2，图2是本发明实施例中变截面水泥土暗撑平面示意图，包括左裙边加固体1、抽条加固体2、右裙边加固体3、矩形原状土4、围护结构5和冠梁6，其中，围护结构5镶嵌在一定的间距的若干冠梁6中，左裙边加固体1和右裙边加固体3均与围护结构5连接，裙边加固体1和右裙边加固体3中间部分交叉分布矩形原状土4与抽条加固体2。
请参考图3，图3是本发明实施例中变截面水泥土暗撑计算单元示意图，包括左裙边加固体1、抽条加固体2、右裙边加固体3和均布荷载7，其中，抽条加固体2两端分别连接左裙边加固体1和右裙边加固体3，均布荷载7作用于左裙边加固体1和右裙边加固体3。
请参考图4，图4是本发明实施例中变截面水泥土暗撑平面A-A剖面示意图，包括左裙边加固体1、抽条加固体2、右裙边加固体3、矩形原状土4、围护结构5和冠梁6。
请参考图5，图5是本发明实施例中变截面水泥土暗撑平面B-B剖面示意图，包括左裙边加固体1、右裙边加固体3、矩形原状土4、围护结构5和冠梁6。
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。
一种确定水平向基床系数的设备11：所述一种确定水平向基床系数的设备11实现所述一种确定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，分别计算变截面水泥土暗撑左裙边加固体、右裙边加固体和抽条加固体的压缩量；
变截面水泥土暗撑左裙边加固体压缩量的计算公式为：Δ1＝p1L1/E，变截面水泥土暗撑抽条加固体压缩量的计算公式为：Δ2＝p2L2/E，变截面水泥土暗撑右裙边加固体压缩量的计算公式为：Δ3＝p3L3/E，其中p1为左裙边加固体的压应力，p2为抽条加固体的压应力，p3为右裙边加固体的压应力，L1为左裙边加固体长度，L2为抽条加固体长度，L3为右裙边加固体长度，E为水泥土弹性模量；
步骤4：根据所述变截面水泥土暗撑左裙边加固体、右裙边加固体和抽条加固体的压缩量，计算变截面水泥土暗撑的总压缩量；
变截面水泥土暗撑的总压缩量的计算公式为：Δ＝Δ1+Δ2+Δ3，其中，Δ1为变截面水泥土暗撑左裙边加固体压缩量，Δ2为变截面水泥土暗撑抽条加固体压缩量，Δ3为变截面水泥土暗撑右裙边加固体压缩量；
步骤5：根据所述变截面水泥土暗撑的总压缩量，计算变截面水泥土暗撑各加固体的水平向基床系数，即确定截面水泥土暗撑各加固体的水平向基床系数；
所述变截面水泥土暗撑的变形不动点位于中轴线，变截面水泥土暗撑左裙边加固体的水平向基床系数的计算公式为：kh1＝2E/(L1+L2A1/A2+L3A1/A3)，变截面水泥土暗撑右裙边加固体的水平向基床系数的计算公式为：kh3＝2E/(L3+L2A3/A2+L1A3/A1)，其中，L1为左裙边加固体长度，L2为抽条加固体长度，L3为右裙边加固体长度，E为水泥土弹性模量，A1为左裙边加固段截面面积，A2为抽条加固体截面面积，A3为右裙边加固体截面面积。
2.如权利要求1所述的一种确定水平向基床系数的方法，其特征在于：在步骤1中，变截面水泥土暗撑包括：左裙边加固体、右裙边加固体、抽条加固体、矩形原状土。
3.如权利要求1所述的一种确定水平向基床系数的方法，其特征在于：在步骤2中，所述提取计算变截面水泥土暗撑水平向基床系数所需的参数包括：水泥土弹性模量E、左裙边加固段截面面积A1、抽条加固体截面面积A2、右裙边加固体截面面积A3、左裙边加固体长度L1、抽条加固体长度L2、右裙边加固体长度L3。
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水平向基床系数的方法。
5.一种确定水平向基床系数的设备，其特征在于：包括：处理器及存储设备；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水平向基床系数的方法。
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