CN110110451B - 一种盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑工程领域，公开了一种盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法，包括如下步骤：(1)确定盾构开挖引起的砌体结构建筑物沉降曲线；(2)依据砌体结构建筑物的沉降曲线确定砌体结构建筑物的角变形函数和水平应变函数；(3)依据砌体结构建筑物的角变形函数和水平应变函数确定砌体结构建筑物的最大拉应变函数；(4)根据最大拉应变函数确定砌体结构建筑物各个部位的损伤等级。本发明可以准确地确定砌体结构建筑物在盾构隧道下穿的工况下所产生的最大拉应变及其出现的位置，从而更精细地确定建筑物损伤等级，相比以前的评价方法更准确、更可靠，给对砌体结构建筑物的安全评价和保护提供了可靠依据。

Description

一种盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法
技术领域
本发明涉及一种盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法。
背景技术
随着我国城市轨道交通建设的高速发展，城市地下空间的利用率越来越高，地下轨道交通的分布也越来越密集。在城市地下轨道交通上方不可避免会有大量的城市既有建筑物，其中包括了城市老旧的砌体结构建筑物。盾构施工过程中，由于盾尾土体损失，上方地层沉降是一个普遍存在的现象。砌体结构建筑物刚度小、易损坏、对地面变形的敏感度高，如果位于盾构开挖的地表沉降槽范围，可能产生不同程度的损伤甚至破坏。在施工之初准确评价地铁盾构施工引起的上部砌体结构建筑物的损伤程度是控制地铁施工环境影响的重要内容。
经对现有技术检索发现，当前的建筑物评价的方法大都采用建筑物整体评价法确定结构损伤等级。1989年Boscarding和Cording在《Journal of Geotechnical andGeoenvironmental Engineering》上发表的《Building Response to Excavation-InducedSettlement》中提出了基于水平应变和角变形的基坑开挖围护结构外侧建筑物损伤评价方法。1995年Burland等在《Earthquake Geotechnical Engineering》上发表的《Assessmentofrisk ofdamage to buildings due to tunnelling and excavations》中将砌体结构建筑物等效为铁木辛柯梁，用建筑物的挠曲率和水平应变来评价建筑物的损伤等级。2009年Matt Schuster等在《Journal ofGeotechnical and Geoenvironmental Engineering》上发表的《Simplified Model for Evaluating Damage Potential of BuildingsAdjacentto a Braced Excavation》中引入了DPI值，并考虑上拱区和下凹区建筑物破坏难易程度的不同来评价建筑物的损伤程度。
然而，上述传统的方法均将建筑物等效为一个单元并确定建筑物整体的指标值，忽略了局部损伤情况。盾构隧道下穿时，地面沉降槽往往呈现高斯曲线形态，在反弯点处会产生较大的局部差异沉降，如果用上述整体评价法衡量建筑物的损伤情况，可能忽略建筑物中较大的局部损伤，从而低估盾构施工的环境影响。因此，为了准确预测建筑物的损伤情况，有必要提出一种更为精确的建筑损伤评价方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法，基于盾构隧道和砌体结构建筑物的相对位置和隧道开挖引起的土体损失率，确定砌体结构建筑物沉降曲线；基于建筑物沉降曲线确定建筑物的水平应变和角变形函数，进而确定建筑物最大拉应变函数，最后根据最大拉应变函数确定建筑物各个部位的损伤等级，从而实现盾构下穿引起砌体结构建筑物损伤的精确评价。
为了实现上述目的，本发明提供一种盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法，包括如下步骤：
(1)确定盾构开挖引起的砌体结构建筑物沉降曲线；
(2)依据砌体结构建筑物的沉降曲线确定砌体结构建筑物的角变形函数和水平应变函数；
(3)依据砌体结构建筑物的角变形函数和水平应变函数确定砌体结构建筑物的最大拉应变函数；
(4)根据最大拉应变函数确定砌体结构建筑物各个部位的损伤等级。
进一步地，步骤(1)中所述砌体结构建筑物沉降曲线满足以下公式：
Figure GDA0002974958830000031
其中：Sv(x)为建筑物任意点的竖向沉降值；Smax为隧道上方建筑物的最大沉降值；x为建筑物任意一点与盾构隧道中心轴线的水平距离；i为沉降槽宽度；
所述的隧道上方建筑物最大沉降值满足以下公式：
Figure GDA0002974958830000032
其中：Vj为土体体积损失率，D为隧道外直径；
所述的沉降槽宽度满足以下公式：
i＝kz0；
其中：k为槽宽系数；z0为隧道横截面圆心距离地表的竖向距离。
进一步地，所述Vj的取值如下：均质土取为0.5％～2.0％，其中砂土取0.5％，软土取1％～2％。
进一步地，所述k取值0.5。
进一步地，步骤(2)中所述的角变形函数β(x)满足以下公式：
Figure GDA0002974958830000033
步骤(2)中所述的水平应变函数εh(x)满足以下公式：
Figure GDA0002974958830000034
进一步地，步骤(3)中所述的砌体结构建筑物最大拉应变函数εp(x)由所述角变形函数β(x)和水平应变函数εh(x)确定，满足以下公式：
εp(x)＝εh(x)cos2θmax+β(x)sin θmaxcos θmax；
Figure GDA0002974958830000041
其中：θmax是最大拉应变方向与水平方向的夹角(-90°≤θmax≤90°)；β(x)是单元体的角变形；εh(x)是单元体的水平应变。
进一步地，基于步骤(3)中求得的所述砌体结构建筑物最大拉应变制成损伤评价表或损伤等级图；在所述损伤评价表或损伤等级图中，砌体结构建筑物最大拉应变的不同数值范围对应于不同的损伤等级。
进一步地，所述砌体结构建筑物最大拉应变与所述损伤等级的对应关系如下：
最大拉应变(％) 损伤等级 损伤描述
0～0.05 I 可忽略的
0.05～0.075 II 非常轻微
0.075～0.15 III 轻微
0.15～0.3 IV 中等
>0.3 V 严重至非常严重
本发明利用建筑物沉降曲线确定建筑物角变形和水平应变分布函数，进而确定建筑物最大拉应变沿水平向的分布情况，确定了盾构施工引起的砌体结构建筑物各个区域的损伤等级，为砌体结构建筑物的安全评价提供了更加精确、更加安全的技术方案，简单、实用，便于推广，具有很大的应用价值。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1为本发明一实施例中盾构施工引起的建筑物沉降曲线示意图；
图2为本发明一实施例中建筑物角变形函数β(x)和水平应变函数εh(x)分布图；
图3为本发明一实施例中建筑物最大拉应变函数εp(x)分布图；
图4为本发明一实施例中建筑物各个部位的损伤等级图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
在本发明的一个实施例中，地铁盾构下穿某砌体结构建筑物，该盾构隧道位于建筑物正下方，圆心距离地表的竖向距离z0＝12m；隧道盾构直径D＝6m；建筑物长度L＝50m；场地隧道上方均为粉质黏土层。
第一步、确定盾构开挖引起的建筑物沉降曲线。
根据设备、控制程度和当地经验取值估计该处的地层损失率Vj＝2％；
地面沉降曲线的沉降槽宽度i＝0.5×12＝6m；
地面沉降曲线的最大沉降值
Figure GDA0002974958830000051
地面沉降曲线表达式为：
Figure GDA0002974958830000052
采用本方法确定的建筑物沉降曲线如图1所示。
第二步、依据建筑物沉降曲线确定建筑物的角变形函数β(x)和水平应变函数εh(x)。
建筑物的角变形函数为
Figure GDA0002974958830000061
建筑物的水平应变函数为
Figure GDA0002974958830000062
采用本方法确定的角变形函数β(x)和水平应变函数εh(x)如图2所示。
第三步、确定砌体结构建筑物的最大拉应变函数εp(x)。
由最大拉应变εp(x)及其与水平方向的夹角θmax满足：
Figure GDA0002974958830000063
Figure GDA0002974958830000064
利用本方法确定的最大拉应变函数εp(x)如图3所示。从图3中可以看出，最大拉应变的大小为2.5‰，出现的位置在水平方向偏离隧道轴线±8.5m处。
第四步、根据最大拉应变函数εp(x)确定建筑物各个部位的损伤等级。
根据第三步得到的最大拉应变函数εp(x)，砌体结构建筑物在此工况下将会出现的最大拉应变εp＝0.0025，查询下述损伤评价表：
最大拉应变(％) 损伤等级 损伤描述
0～0.05 I 可忽略的
0.05～0.075 II 非常轻微
0.075～0.15 III 轻微
0.15～0.3 IV 中等
>0.3 V 严重至非常严重
最大拉应变处于0.15％～0.3％的区间内，对应第IV损伤等级，可以预测建筑物会发生中等级别破坏。根据损伤评价表，建筑物全长范围内出现了不同程度的损伤等级，详细损伤等级分布见图4。
本实施例可以准确地确定砌体结构建筑物在盾构隧道下穿的工况下所产生的最大拉应变及其出现的位置，从而更精细地确定建筑物损伤等级，相比以前的评价方法更准确、更可靠，给对砌体结构建筑物的安全评价和保护提供了可靠依据。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (5)

1.一种盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)确定盾构开挖引起的砌体结构建筑物的沉降曲线；
(2)依据砌体结构建筑物的沉降曲线确定砌体结构建筑物的角变形函数和水平应变函数；
(3)依据砌体结构建筑物的角变形函数和水平应变函数确定砌体结构建筑物的最大拉应变函数；
(4)根据最大拉应变函数确定砌体结构建筑物各个部位的损伤等级；
步骤(1)中所述砌体结构建筑物的沉降曲线满足以下公式：
Figure FDA0002974958820000011
其中：Sv(x)为建筑物任意点的竖向沉降值；Smax为隧道上方建筑物的最大沉降值；x为建筑物任意一点与盾构隧道中心轴线的水平距离；i为沉降槽宽度；
所述的隧道上方建筑物的最大沉降值满足以下公式：
Figure FDA0002974958820000012
其中：Vj为土体体积损失率，D为隧道外直径；
所述的沉降槽宽度满足以下公式：
i＝kz0；
其中：k为槽宽系数；z0为隧道横截面圆心距离地表的竖向距离；
步骤(2)中所述的角变形函数β(x)满足以下公式：
Figure FDA0002974958820000013
步骤(2)中所述的水平应变函数εh(x)满足以下公式：
Figure FDA0002974958820000021
步骤(3)中所述的砌体结构建筑物的最大拉应变函数εp(x)由所述角变形函数β(x)和水平应变函数εh(x)确定，满足以下公式：
εp(x)＝εh(x)cos2θmax+β(x)sinθmaxcosθmax；
Figure FDA0002974958820000022
其中：θmax是最大拉应变方向与水平方向的夹角，-90°≤θmax≤90°。
2.根据权利要求1所述的盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法，其特征在于，所述Vj的取值如下：均质土取0.5％～2.0％，其中砂土取0.5％，软土取1％～2％。
3.根据权利要求1或2所述的盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法，其特征在于，所述k取值0.5。
4.根据权利要求1所述的盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法，其特征在于，基于步骤(3)中最大拉应变函数求得的砌体结构建筑物的最大拉应变，制成损伤评价表或损伤等级图；在所述损伤评价表或损伤等级图中，砌体结构建筑物的最大拉应变的不同数值范围对应于不同的损伤等级。
5.根据权利要求4所述的盾构下穿砌体结构建筑物的损伤评价方法，其特征在于，所述砌体结构建筑物的最大拉应变与所述损伤等级的对应关系如下：
Figure FDA0002974958820000023
Figure FDA0002974958820000031
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106372292A (zh) * 2016-08-29 2017-02-01 浙江大学城市学院 一种盾构隧道施工引起建筑物沉降的计算方法
CN107489424A (zh) * 2017-07-28 2017-12-19 西安理工大学 一种盾构地铁施工诱发地层变形及对古建筑影响的预估方法
CN108090294A (zh) * 2017-12-27 2018-05-29 浙江大学城市学院 一种双线盾构掘进对邻近建筑物影响程度评估方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106372292A (zh) * 2016-08-29 2017-02-01 浙江大学城市学院 一种盾构隧道施工引起建筑物沉降的计算方法
CN107489424A (zh) * 2017-07-28 2017-12-19 西安理工大学 一种盾构地铁施工诱发地层变形及对古建筑影响的预估方法
CN108090294A (zh) * 2017-12-27 2018-05-29 浙江大学城市学院 一种双线盾构掘进对邻近建筑物影响程度评估方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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城市隧道施工引起建筑物变形的损坏评估;张在明等;《土木工程学报》;20110531;第123-130页 *

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