CN115679791A - 砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法。所述方法通过对基坑围护几个设计深度范围内各层土体取样测定孔隙比和相对密实度，进行平面应变加/卸载试验，绘制应力应变曲线，计算土体内摩擦角、初始模量及失效比，最终可以得到支护结构任意深度处的主动与被动土压力大小。该方法不仅可以针对任意位移大小下砂性土地层桩墙式基坑围护结构的主动及被动土压力大小进行计算，还可以考虑土体成层性的影响，更加符合实际情况，技术方案步骤清晰，计算方法简单，可以在实际工程中运用以减少工程中的人力、物力，减小围护材料的浪费，具有很好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法。
背景技术
地下空间作为一种宝贵的自然资源，已经得到世界上许多国家的重视。目前我国各大城市地下空间的开发利用已经进入更高质量、更高水平、更高层次的新阶段，因此也不可避免地出现了大量紧邻既有建构筑物的基坑开挖施工。此类工程建设过程中，保障基坑安全性的关键因素在于基坑围护结构土压力的计算与确定。对于紧邻既有建构筑物的深基坑工程，在围护结构严格的变形控制要求下，其两侧土体一般无法达到极限状态，实际作用在围护结构上的土压力大小与围护结构的实际变形大小有关。传统的朗肯与库伦土压力等理论仅能计算极限状态下的土压力大小，而现有规范当中对于非极限状态下基坑围护结构土压力大小的计算方法，如m值法，等值梁法等则存在不同地区不同土质土质计算参数难以确定，人为干扰因素较大的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，以解决上述背景技术中涉及的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对基坑围护结构设计深度范围内的各层土体进行取样；
(2)测定各层土体的孔隙比ei及相对密实度RDi；
(3)采用取样得到的土体，在实验室内采用K0固结法制备孔隙比为ei的单元体土样，土样初始应力状态为：K0iσz＝σy＝σx，并进行平面应变状态下的加载/卸载试验；对每层土体各选取三组或以上不同的σz分别进行加载及卸载试验；
(4)根据平面应变单元体试验的结果，绘制加载/卸载试验的土体应力应变曲线；
(5)根据应力应变曲线，计算各层土体的内摩擦角
加载试验中土体的初始模量Eci和失效比Rci，以及卸载试验中土体的初始模量Eei和失效比Rei；
(6)按如下公式计算该桩墙式基坑围护结构任意深度z处的主动土压力与被动土压力。
主动土压力：
被动土压力：
进一步的，所述步骤(3)中的平面应变状态下加载/卸载试验，试验过程中保持Z方向应力σz大小不变，y方向应变εy大小不变，在x方向进行加载及卸载。
进一步的，所述步骤(4)中绘制土体应力应变曲线，纵坐标为x方向主应力的变化量△σx，横坐标为x方向应变εx；加载或者卸载试验曲线中，应变均以压应变为正，拉应变为负。
进一步的，所述步骤(5)中加/卸载试验土体初始模量及失效比的确定方式为，采用以下公式对试验得到的土体应力应变曲线进行拟合：
拟合后，根据拟合参数aci和bci，aei和bei对加/卸载试验的土体初始模量及失效比进行计算：
加载试验：
卸载试验：
进一步的，所述步骤(6)主动/被动土压力表达式中不同深度z处的土体初始模量
和
根据以下公式进行计算：
其中，pa为大气压强，H2为桩墙式基坑开挖深度，kci，kei，nci，nei为所述平面应变状态下加/卸载试验结果的拟合参数：
本发明的砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，不仅可以针对任意位移大小下砂性土地层桩墙式基坑围护结构的主动及被动土压力大小进行计算，还可以考虑土体成层性的影响，更加符合实际情况。所采用的技术方案计算参数通过现场实际土层的剪切试验获得，物理意义明确，步骤清晰，计算方法简单，可以在实际工程中运用以减少工程中的人力、物力，减小围护材料的浪费，具有很好的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明的砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法的流程示意图；
图2为图1所示砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的计算简图；
图3为图1所示砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法的加载及卸载试验中土样受力示意图；
图4为图1所示砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法的加载试验应力应变曲线示意图；
图5为图1所示砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法的卸载试验应力应变曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚，完整的描述，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图5，本发明提供了一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对基坑围护结构设计深度范围内的各层土体进行钻孔取样；
(2)测定各层土体的孔隙比ei及相对密实度RDi，相对密实度的大小根据土样的最大孔隙比emaxi及最小孔隙比emini确定：
(3)采用取样得到的土体，在实验室内采用K0固结法制备孔隙比为ei的单元体土样，土样初始应力状态为：K0σz＝σy＝σx，并进行平面应变状态下的加载/卸载试验；对每层土体各选取三组或以上不同的σz分别进行加载及卸载试验；
(4)根据平面应变单元体试验的结果，绘制加载/卸载试验的土体应力应变曲线；
(5)根据应力应变曲线，计算各层土体的内摩擦角
加载试验中土体的初始模量Eci和失效比Rci，以及卸载试验中土体的初始模量Eei和失效比Rei；
(6)如图2所示的桩墙式基坑围护结构任意深度z处的主动土压力表达式为：
被动土压力表达式为：
其中，H1为桩墙式基坑围护结构的高度；Sz为深度z处桩墙式基坑围护结构的侧向位移，以朝向土体方向的位移为正，以背离土体方向的位移为负；γi为深度z处土层的天然重度；K0i为深度z处土层的静止土压力系数；
和
分别为深度z处土体的初始模量Eei和Eci；ψ为基坑围护结构的高度范围内所有土层内摩擦角的平均值。
如图3所示，步骤(3)中的平面应变状态下加/卸载试验，试验过程中保持z方向应力σz大小不变，y方向应变εy大小不变，在x方向进行加载。
如图4和图5所示，所述步骤(4)中绘制土体应力应变曲线，纵坐标为x方向主应力的变化量△σx，横坐标为x方向应变εx；加/卸载试验曲线中，应变均以压应变为正，拉应变为负。
所述步骤(5)中加卸载试验土体初始模量及失效比的确定方式为，采用以下公式对根据图4中的加卸载试验应力应变曲线进行拟合：
其中，aci和aei为应力应变曲线上坐标轴0点处的切线斜率的倒数，bci和bei为应力应变曲线渐进线所对应纵坐标大小的倒数。根据拟合参数aci和bci，aei和bei可对加/卸载试验的土体初始模量Eci和Eei，以及失效比Rci和Rei进行计算：
加载试验：
卸载试验：
实际基坑工程中，不同深度处土体应力状态不同，即围压不同，故不同深度处土体的初始模量
和
大小也不同。所述步骤(6)主动/被动土压力表达式中不同深度z处的土体初始模量
和
需要根据以下公式进行计算：
其中，pa为大气压强，H2为桩墙式基坑开挖深度，kci，kei，nci，nei为根据所述平面应变状态下，不同围压σz加/卸载试验结果的拟合参数。对于任一土体，根据不同围压下的试验曲线，按步骤(5)中的方法得到其对应的土体初始模量Eci和Eei，绘制横坐标为σz，纵坐标为Eci或Eei的曲线，随后按以下公式对曲线进行拟合，从而得到相应的拟合参数：
本发明的砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，不仅可以针对任意位移大小下砂性土地层桩墙式基坑围护结构的主动及被动土压力大小进行计算，还可以考虑土体成层性的影响，更加符合实际情况。所采用的技术方案计算参数通过现场实际土层的剪切试验获得，物理意义明确，步骤清晰，计算方法简单，可以在实际工程中运用以减少工程中的人力、物力，减小围护材料的浪费，具有很好的推广应用价值。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限于本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对基坑围护结构设计深度范围内的各层土体进行取样；
(2)测定各层土体的孔隙比ei及相对密实度RDi；
(3)采用取样得到的土体，在实验室内采用K0固结法制备孔隙比为ei的单元体土样，土样初始应力状态为：K0iσz＝σy＝σx，并进行平面应变状态下的加载/卸载试验；对每层土体各选取三组或以上不同的σz分别进行加载及卸载试验；
(4)根据平面应变单元体试验的结果，绘制加载/卸载试验的土体应力应变曲线；
(5)根据应力应变曲线，计算各层土体的内摩擦角
加载试验中土体的初始模量Eci和失效比Rci，以及卸载试验中土体的初始模量Eei和失效比Rei；
(6)按如下公式计算该桩墙式基坑围护结构任意深度z处的主动土压力与被动土压力；
主动土压力：
被动土压力：
2.如权利要求1所述的一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中的平面应变状态下加载/卸载试验，试验过程中保持Z方向应力σz大小不变，y方向应变εy大小不变，在x方向进行加载及卸载。
3.如权利要求2所述的一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中绘制土体应力应变曲线，纵坐标为x方向主应力的变化量△σx，横坐标为x方向应变εx；加载或者卸载试验曲线中，应变均以压应变为正，拉应变为负。
4.如权利要求3所述的一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，其特征在于，所述步骤(5)中加/卸载试验土体初始模量及失效比的确定方式为，采用以下公式对试验得到的土体应力应变曲线进行拟合：
拟合后，根据拟合参数aci和bci，aei和bei对加/卸载试验的土体初始模量及失效比进行计算：
加载试验：
卸载试验：
5.如权利要求4所述的一种砂性土地层桩墙式基坑围护结构位移相关土压力的确定方法，其特征在于，所述步骤(6)主动/被动土压力表达式中不同深度z处的土体初始模量
和
根据以下公式进行计算：
其中，pa为大气压强，H2为桩墙式基坑开挖深度，kci，kei，nci，nei为所述平面应变状态下加/卸载试验结果的拟合参数：
Applications Claiming Priority (2)
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115679791A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117871267A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 西南交通大学 | 一种用于非侧限条件下的固结仪及实施方法 |
-
2022
- 2022-08-25 CN CN202211029557.9A patent/CN115679791A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN117871267A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 西南交通大学 | 一种用于非侧限条件下的固结仪及实施方法 |
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