CN114970159A - 一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法 - Google Patents

一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114970159A
CN114970159A CN202210591673.3A CN202210591673A CN114970159A CN 114970159 A CN114970159 A CN 114970159A CN 202210591673 A CN202210591673 A CN 202210591673A CN 114970159 A CN114970159 A CN 114970159A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diaphragm wall
deformation
adopting
parameters
calculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210591673.3A
Other languages
English (en)
Inventor
童立红
郭望龙
丁海滨
徐长节
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China Jiaotong University
Original Assignee
East China Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China Jiaotong University filed Critical East China Jiaotong University
Priority to CN202210591673.3A priority Critical patent/CN114970159A/zh
Publication of CN114970159A publication Critical patent/CN114970159A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，包括以下步骤：结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数；根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数；根据里茨法，最小势能原理和土压力理论确定系数矩阵；根据最小势能原理得到矩阵方程；将系数矩阵带入矩阵方程，求解地下连续墙侧向变形函数；本发明的优点是：计算结果的精度高，计算速度快，为实际施工中的内支撑布置方式、开挖步、地连墙厚度和插入比提供优化设计指导。

Description

一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法
技术领域
本发明涉及基坑围护结构侧向变形模拟计算技术领域，特别涉及一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法。
背景技术
随着城市地下空间的发展，带有内支撑的地下连续墙支护形式在基坑工程领域，得到广泛的应用。而在我国，地下管线错综复杂，深基坑的开挖必然对周边环境产生不利影响。若基坑稳定问题处理不当，将造成重大工程事故。因此，从限制基坑变形及施工安全的角度出发，研究如何准确地计算和预测基坑侧向变形意义重大。并且，对于内支撑的布置形式、地连墙厚度和入土深度等影响地下连续墙侧向变形的参数都需要进行合理设计，这也要求对围护结构侧向变形计算和预测的精确性。
现有的获得地下连续墙变形的方法主要有现场监测或有限单元法，然而现场监测只能得到部分墙体的变形，不能把握地下连续墙的整体变形特征；而有限单元法虽然能更加精确的得到墙体的整体变形情况，但是其计算较为复杂，参数设置经验性强，对实际工程设计指导有限。
三阶剪切变形理论相较于弹性薄板理论能够更精确的考虑地下连续墙厚度对墙体侧向变形的影响，因此其计算结果可靠度高。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，能在保证计算速度快的前提下，更加精确的得到墙体的整体变形情况，从而进一步为实际施工中的内支撑布置方式、地连墙厚度和插入比提供优化设计指导。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，包括以下步骤：
第一步，结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数；
第二步，根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数；
第三步，根据pb-2里茨法，最小势能原理和土压力理论确定系数矩阵；根据最小势能原理得到矩阵方程；
第四步，将系数矩阵带入矩阵方程，求解地下连续墙侧向变形函数；
第五步，将求解值和实测值对比，验证参数取值以及计算是否正确；若不正确回到步骤二，若正确即执行步骤六；
第六步，修改地下连续墙厚度、内支撑布置形式和入土深度进行参数分析；
第七步，在完成上述步骤，并确实无误后，即可在施工前进行地下连续墙变形结果预测。
进一步地，第一步中结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数，采用土压力理论计算主动土压力，利用线弹性“m”法计算被动土压力，内支撑以弹性杆件模拟。
进一步地，第二步中根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数为：
Figure BDA0003665472800000021
Figure BDA0003665472800000022
w(x,y,z)＝w0(x,y)
式中，u0(x,y)为中面沿y轴的位移，v0(x,y)为中面沿x轴的位移，w0(x,y)为中面沿z轴的位移，θ(x,y)为沿y轴的弯曲斜率，
Figure BDA0003665472800000031
为沿x轴的弯曲斜率，c1为
Figure BDA0003665472800000032
进一步地，第三步中根据pb-2里茨法，确定变形函数中的u0(x,y)、v0(x,y)、w0(x,y)、θ(x,y)和
Figure BDA0003665472800000033
的表达式如下：
Figure BDA0003665472800000034
Figure BDA0003665472800000035
Figure BDA0003665472800000036
Figure BDA0003665472800000037
Figure BDA0003665472800000038
式中，φxi(x,y)、φyi(x,y)、φzi(x,y)、ψxi(x,y)和ψyi(x,y)为若干仅与x，y有关的函数；ai、bi、ci、di和ei为可求解的未知参数；m、n、l、o和p为未知参数的个数
进一步地，第四步中结合实际工况的支撑条件和土层信息得到势能的表达式，如下：
Ep＝U-J
式中，U为地下连续墙的应变能，与上述设立的变形函数有关；J为外荷载做功，包括内支撑做功、主动土压力做功和被动土压力做功。
进一步地，第四步中根据最小势能原理
Figure BDA0003665472800000041
和
Figure BDA0003665472800000042
得到如下矩阵方程。
Figure BDA0003665472800000043
式中，[K]为五个求解未知参数的系数刚度矩阵；
Figure BDA0003665472800000044
中
Figure BDA0003665472800000045
Figure BDA0003665472800000046
和
Figure BDA0003665472800000047
进一步地，第四步中在利用矩阵方程求取得未知参数ci之后，将其代入
Figure BDA0003665472800000048
之中，可以得到地下连续墙的整体侧向变形情况。
进一步地，所述土压力做功计算可以结合不同的土压力理论，从而提高计算结果的精度。
进一步地，所述计算结果的精度与未知参数的数量m、n、l、o和p有关，在实际计算中，可以通过增加参数个数的方法来提高计算的精度，但是个数过多可能会造成计算效率下降，因此取合适的参数个数，在保证计算精度的前提下，提高计算的速度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
充分考虑三阶剪切变形理论和地连墙变形受力的特点，提出将地连墙视为三阶剪切变形板的模型，并实现了模拟计算侧向变形的方法。在该方法中，可以根据不同的工况类型，将支撑形式、土压力计算等方便的嵌入计算模型，结合三阶剪切变形板理论、里茨法和最小势能原理计算出整个墙体的受力变形，本发明计算结果的精度高，计算速度快，为实际施工中的内支撑布置方式、开挖步、地连墙厚度和插入比提供优化设计指导。
附图说明
图1为本发明实施例的坐标系示意图；图1中的h为地下连续墙厚度，L为地下连续墙与地面平行方向的长度，H为地下连续墙与地面垂直方向的长度；
图2为本发明实施例的计算流程示意图；
图3为本发明实施例的计算简图；
图4为本发明实施例的计算结果得到的地下连续墙的整体变形示意图；
图5为本发明实施例的墙体变形结果与施工监测值对比示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，按照图中三阶剪切变形板建系方式建立坐标系，图中的h为地下连续墙厚度，L为地下连续墙与地面平行方向的长度，H为地下连续墙与地面垂直方向的长度；
如图2所示，一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，包括以下步骤：
第一步，结合实际工况，获取计算对象的参数，包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数，采用土压力理论计算主动土压力，利用线弹性“m”法计算被动土压力，弹性杆件模拟内支撑。
第二步，根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数为：
Figure BDA0003665472800000061
Figure BDA0003665472800000062
w(x,y,z)＝w0(x,y)
式中，u0(x,y)为中面沿y轴的位移，v0(x,y)为中面沿x轴的位移，w0(x,y)为中面沿z轴的位移，θ(x,y)为沿y轴的弯曲斜率，
Figure BDA0003665472800000063
为沿x轴的弯曲斜率，c1为
Figure BDA0003665472800000064
第三步，根据pb-2里茨法，设立变形函数中的u0(x,y)、v0(x,y)、w0(x,y)、θ(x,y)和
Figure BDA0003665472800000065
如下：
Figure BDA0003665472800000066
Figure BDA0003665472800000067
Figure BDA0003665472800000068
Figure BDA0003665472800000069
Figure BDA00036654728000000610
式中，φxi(x,y)、φyi(x,y)、φzi(x,y)、ψxi(x,y)和ψyi(x,y)为若干只与x，y有关的函数；ai、bi、ci、di和ei为需求取的未知参数；m、n、l、o和p为未知参数的个数
第四步，结合实际工况的支撑条件和土层信息得到势能的表达式，如下：
Ep＝U-J
式中，U为地下连续墙的应变能，与上述设立的变形函数有关；J为外荷载做功，包括内支撑做功、主动土压力做功和被动土压力做功。
第五步，根据最小势能原理
Figure BDA0003665472800000071
和
Figure BDA0003665472800000072
可以得到如下矩阵方程。
Figure BDA0003665472800000073
式中，[K]为五个求解未知参数的系数刚度矩阵；
Figure BDA0003665472800000074
中
Figure BDA0003665472800000075
Figure BDA0003665472800000076
和
Figure BDA0003665472800000077
在本发明实施例中，利用矩阵方程求取得未知参数ci之后，将其代入
Figure BDA0003665472800000078
之中，得到地下连续墙的整体侧向变形情况。
由于本发明实施例的计算量较大，涉及到矩阵求解和多次积分，因此适合使用软件编程实现本计算过程，并且利用界面可以使得该计算方法成为能实现输入参数直接进行地下连续墙计算的求解软件，从而便于在工程上推广使用。进一步，利用MATLAB编程软件，将三阶剪切变形板理论与工程实际相结合，采用案例分析的方式来验证本发明的合理性。
图3所示的案例为南昌典型地层中地铁2号线丁公路南站基坑，该项目的具体工况为车站采用明挖顺作法施工主体结构，其围护结构类型为地下连续墙+内支撑。地下连续墙厚为800mm，混凝土墙等级为C35。车站标准段基坑竖向设三道支撑，第一道采用800×1000mm钢筋混凝土支撑，支撑间距约9m；第二、三道钢支撑Ф800(t＝16mm)，水平间距约3m。如图4和5所示，本发明计算结果准确，可以模拟地下连续墙整体侧向变形情况，为墙撑式地连墙侧向变形控制和参数优化提供理论依据。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数；
第二步，根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数；
第三步，根据pb-2里茨法，最小势能原理和土压力理论确定系数矩阵；根据最小势能原理得到矩阵方程；
第四步，将系数矩阵带入矩阵方程，求解地下连续墙侧向变形函数；
第五步，将求解值和实测值对比，验证参数取值以及计算是否正确；若不正确回到步骤二，若正确即执行步骤六；
第六步，修改地下连续墙厚度、内支撑布置形式和入土深度进行参数分析；
第七步，在完成上述步骤，并确实无误后，即可在施工前进行地下连续墙变形结果预测。
2.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第一步中结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数，采用土压力理论计算主动土压力，利用线弹性“m”法计算被动土压力，内支撑以弹性杆件模拟。
3.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第二步中根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数为：
Figure FDA0003665472790000011
Figure FDA0003665472790000021
w(x,y,z)＝w0(x,y)
式中，u0(x,y)为中面沿y轴的位移，v0(x,y)为中面沿x轴的位移，w0(x,y)为中面沿z轴的位移，θ(x,y)为沿y轴的弯曲斜率，
Figure FDA0003665472790000022
为沿x轴的弯曲斜率，c1为
Figure FDA0003665472790000023
4.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第三步中根据pb-2里茨法，确定变形函数中的u0(x,y)、v0(x,y)、w0(x,y)、θ(x,y)和
Figure FDA0003665472790000024
的表达式如下：
Figure FDA0003665472790000025
Figure FDA0003665472790000026
Figure FDA0003665472790000027
Figure FDA0003665472790000028
Figure FDA0003665472790000029
式中，φxi(x,y)、φyi(x,y)、φzi(x,y)、ψxi(x,y)和ψyi(x,y)为若干仅与x，y有关的函数；ai、bi、ci、di和ei为可求解的未知参数；m、n、l、o和p为未知参数的个数。
5.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第四步中结合实际工况的支撑条件和土层信息得到势能的表达式，如下：
Ep＝U-J
式中，U为地下连续墙的应变能，与上述设立的变形函数有关；J为外荷载做功，包括内支撑做功、主动土压力做功和被动土压力做功。
6.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第四步中根据最小势能原理
Figure FDA0003665472790000031
和
Figure FDA0003665472790000032
得到如下矩阵方程；
Figure FDA0003665472790000033
式中，[K]为五个求解未知参数的系数刚度矩阵；
Figure FDA0003665472790000034
中
Figure FDA0003665472790000035
Figure FDA0003665472790000036
7.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第四步中在利用矩阵方程求取得未知参数ci之后，将其代入
Figure FDA0003665472790000037
之中，可以得到地下连续墙的整体侧向变形情况。
8.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：所述土压力做功计算结合不同的土压力理论，来提高计算结果的精度。
9.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：所述计算结果的精度与未知参数的数量m、n、l、o和p有关，在实际计算中，取合适的参数个数，在保证计算精度的前提下，提高计算的速度。
CN202210591673.3A 2022-05-27 2022-05-27 一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法 Pending CN114970159A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210591673.3A CN114970159A (zh) 2022-05-27 2022-05-27 一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210591673.3A CN114970159A (zh) 2022-05-27 2022-05-27 一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114970159A true CN114970159A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82957252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210591673.3A Pending CN114970159A (zh) 2022-05-27 2022-05-27 一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114970159A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116335214A (zh) * 2023-05-26 2023-06-27 广东水电二局股份有限公司 一种超深地连墙变形动态预测方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116335214A (zh) * 2023-05-26 2023-06-27 广东水电二局股份有限公司 一种超深地连墙变形动态预测方法
CN116335214B (zh) * 2023-05-26 2023-09-22 广东水电二局股份有限公司 一种超深地连墙变形动态预测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103150421A (zh) 利用位移监测同时确定抗滑桩桩位和临界深度的方法
CN104989456A (zh) 一种大跨度地下工程开挖围岩稳定性监测预警方法
Liu et al. Longitudinal structural deformation mechanism of shield tunnel linings considering shearing dislocation of circumferential joints
CN105426619A (zh) 一种确定盾构隧道纵向弯曲刚度的分析方法
CN111382472A (zh) 随机森林融合svm预测盾构引起近接结构变形方法及装置
CN115510527B (zh) 基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法
CN114970159A (zh) 一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法
CN112861409A (zh) 单桩基础承载能力计算方法、系统、存储介质及设备
CN112035937A (zh) 一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法
CN111259560B (zh) 盾构施工地表沉降形态分类方法及系统
Wang et al. Mechanical parameter inversion in sandstone diversion tunnel and stability analysis during operation period
CN106777974A (zh) 一种基坑开挖对周围临近建筑物的沉降计算方法
CN106682267A (zh) 一种潮汐荷载下沉管隧道管节环向应变的计算方法
Deng et al. Rationality determination method and mechanical behavior of underground utility tunnels in a ground fissure environment
CN110321569B (zh) 一种适用于桩靴插拔对临近桩基影响的数值模拟方法
Ouyang et al. Second-order analysis of steel sheet piles by pile element considering nonlinear soil–structure interactions
Hong et al. Approximate analytical solution of tunneling‐induced responses of a soil–foundation system using contact mechanics
CN112380757B (zh) 曲线型隧道施工时地表沉降槽峰值点偏移距离的分析方法
CN111898189B (zh) 一种基于粘弹性本构关系的地下结构抗震建模方法
CN107194136B (zh) 一种适用于多地层浅埋隧道的围岩压力计算方法
Guanhua Stability analysis of nonhomogeneous and anisotropic stepped slopes under the influence of earthquakes
CN114329739B (zh) 一种地下结构抗震计算方法及系统
Tang et al. The application of PLAXIS software in deformation analysis of Shanghai maglev line due to nearby foundation pit excavation
CN103438860B (zh) 电力隧道盾构施工地面最大沉降值预测方法
Pan et al. Influence of several structural parameters on the behavior of a dual row diaphragm wall supporting structure system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination