圆形基坑排桩环梁内撑弹性支点刚度系数算法

当采用二维弹性支点法对圆形基坑排桩+环形梁内支撑支护结构进行简化设计计算时,环形梁内支撑需等效为弹簧,作为弹性支撑处理,故其刚度系数的确定至关重要。采用弹性力学的方法,对圆形基坑中的排桩环形梁内支撑结构整体进行弹性结构分析,得出环形梁内支撑与排桩支点处的水平径向位移。运用广义胡克定律,通过支点处支点力与水平径向位移的关系,确定其弹性支点刚度系数的计算公式,并参考《建筑基坑支护技术规程》,引入两个影响因素对计算公式进行修正。最后结合某提升泵站圆形深基坑实例,根据上述公式得出各道环撑的弹性支点刚度系数,利用规程规定的二维弹性支点法对该支护结构的设计思路及分析方法进行阐述,该基坑从开挖至基坑回填期间运营良好。     

土 -结构相互作用的修正刚度法及其在基坑工程中的应用

1　概　　述 实际工程中 ,基坑支护结构及承受水平荷载的桩等与周围土体都是一个相互作用的体系。根据土体非线性的特性 ,本文提出了一种土 -结构相互作用的简便模拟分析方法。其主要思路是先把土对结构的作用通过修正结构的刚度来加以考虑 ,并认为土体抗力与结构位移之间符合双曲线函数关系的假定 ,然后再按一般的有限元方法来进行分析计算。2　土体对结构作用的分析土中竖向结构在水平载荷作用下 ,使结构承受的土压力在被动区一侧从静止土压力逐渐向被动土压力发展 ,在主动区一侧从静止土压力逐渐向主动土压力发展。本文考虑土体抗力与结构位移之间非线性的关系 ,假定土体抗力与结构位移之间符合双曲线函数关系 ,如图 1所     

弹塑性共同变形法和弹性支点法在锚索钢板桩支护结构设计中的比对研究

采用弹塑性共同变形法和弹性支点法对两个锚索钢板桩基坑支护工程进行计算分析,比较这两种方法的计算结果,并将计算结果与现场监测数据进行对比。结果表明:由于锚索钢板桩支护存在桩变形大、抗弯刚度小及锚索预应力较大的特点,弹塑性共同变形法更适宜用于锚索钢板桩支护结构的计算,而弹性支点法则严重低估钢板桩水平位移,并影响锚索最优位置的选择。最后,参考弹塑性共同变形法,提出了一种基于弹性支点法的修正计算方法,该方法可修正弹性支点法对锚索钢板桩支护结构的计算误差,为锚索钢板桩支护结构设计提供了一种新方法。     

深基坑内支撑支点水平刚度系数的解析解计算方法研究

排桩(墙)加内支撑结构是深基坑支护常采用的支护结构,内支撑支点水平刚度系数是支护结构设计计算的重要参数之一。基于受压杆件的应力应变线弹性理论和变形协调假定,对水平对撑(简称对撑)、水平对撑带八字撑(简称八字撑)、水平斜撑(简称斜撑)、水平角撑(简称角撑)、竖向斜撑、水平环形撑(简称环撑)、带放射撑的单环环形撑(简称单环撑)以及带放射撑的多环环形撑(简称多环撑)等8种基本内支撑结构的支点水平刚度系数进行了解析解的推导,提出了8种基本内支撑结构的支点水平刚度系数的计算公式,利用算例对其中常见的四类内支撑结构的支点水平刚度系数进行了演算,并采用有限单元法进行了复核,结果表明,解析解与有限元法计算的结果相符程度较好,解析解可作为支护结构单元计算的初始输入数据。补充完善了现行国家行业标准《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120—2012)仅提供了水平对撑的支点水平刚度系数计算公式的不足,可供深基坑工程设计、施工人员参考。     

《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)附录B 弹性支点法支护结构计算简图的疑难理解

提出了对2002年6月《建筑结构》中“支护结构中杆系有限元法计算的新模式”一文的不同见解,从而加深《建筑基坑支护技术规程》弹性支点法的支护结构计算简图的疑难理解,为学习和应用弹性支点法提供参考。     

支护结构变形计算的土压力模式的探讨

对用于支护结构弹性支点法的多种土压力模式作了介绍,并对各种土压力模式进行了对比分析,为了比较各个模式的安全性,对不同土压力模式下结构的位移和内力作了推理,结果表明,＂净静止土压力模式＂最为安全。     

天津地铁1号线某深基坑支护体系稳定性分析

通过选取天津地铁1号线深基坑工程实例,建立支护体系线弹性计算模型和土体本构模型,利用有限元计算方法模拟分析基坑开挖过程中支护体系与周围土体的相互作用关系,分析总结基坑支护结构体刚度、入土深度及支撑轴力的大小对整个支护体系稳定性的影响程度。     

支护结构内力和变形的影响因素分析

利用考虑土与结构共同作用的支护结构设计计算方法和编制的ＰＩＬＥ程序对支护结构的插入深度、支护结构刚度、支撑位置、坑内土体加固和支撑刚度等因素对支护结构的内力和变形的影响进行了分析和讨论。     

考虑空间作用对地下连续墙弹性支点法的改进

对深基坑挡土结构地下连续墙的弹性支点分析法作了改进，提出了能考虑地下连续墙空间作用的拟空间弹性支点法，运用虚位移原理推导出考虑空间作用的杆单元刚度矩阵。计算结果表明新的方法比传统的弹性支点分析法更为合理。     

考虑支护结构变形的基坑土压力计算

针对基坑土压力计算存在的不足,基于朗肯土压力理论,建立了考虑支护结构与土体相互作用的土压力计算模型。结合温克尔假定,推导出考虑基坑支护结构变形的非极限主动、被动土压力计算公式。同时,对支挡式基坑支护结构的变形分布进行了简化,提出了适用于支挡式基坑支护结构设计阶段的土压力简化计算方法。     

被动土拱效应对土压力计匹配误差的影响

土压力计在量测土体自由场应力时,由于土压力计壳体的刚度远大于周围土体介质的刚度,导致在土压力计壳体圆周的上方产生被动土拱效应。被动土拱效应使土压力计周围土体荷载部分传递到土压力计上,致使土压力计的量测值大于真实值。根据土拱理论推导了被动土拱效应引起的匹配误差计算公式,与传统的匹配误差计算公式相比,新推导公式考虑了土体的内摩擦角和黏聚力,揭示了土体与土压力计的相互作用。提高土压力计外侧土体的密实度,降低土压力计上部土体的密实度可以消减被土拱效应;增大土压力计直径与膜片直径的比值可以减小被动土拱效应对量测误差的影响。     

用有限元强度折减法求滑(边)坡支挡结构的内力

滑(边)坡体的破坏属于破坏力学范畴，当滑面上每点都达到极限应力和极限应变状态时，材料进入破坏，此时岩土体抗剪强度得到充分发挥，这就是破坏力学中的破坏准则。通常当有支挡结构与岩土介质共同作用时，滑面上土体一般不处于极限平衡状态，而可能处于弹性平衡或者局部塑性极限平衡状态。这种受力状态不足设计情况下的受力状态。多年来，岩土工程设计一直采用极限状态设计方法，即传统方法中计算得到的支挡结构上的岩土侧压力是在坡体整体破坏且岩土体强度充分发挥时的岩土侧压力，也就是土体处于极限平衡状态且支挡结构有充分位移时作用在支挡结构上的岩土压力，按此设计既能保证坡体安全，又能最大限度地节省经费。因此，采用有限元强度折减法来考虑岩土介质与支挡结构的共同作用时也应遵循这一原则，即要求作用在支挡结构上的岩土侧压力与传统方法计算得到的岩土侧压力大体相当，在此条件下根据岩土介质与支挡结构的共同作用米确定支挡结构的内力。按照此原则，采用有限元强度折减法，不但得到了滑坡推力的大小和分布，而且通过有限元桩-土共同作用模型计算得到了抗滑桩的弯矩和剪力，并与传统方法进行了比较。算例表明采用有限元强度折减法来计算抗滑桩的内力是可行的，该方法增火了支挡结构设计的可靠性和经济性。     

考虑墙体位移与土压力耦合的弹性地基梁法

引入墙土摩擦角和土体内摩擦角发展规律的公式,建立非极限土压力与围护结构水平位移的耦合关系。并将该土压力模型嵌入弹性地基梁法的控制方程,利用杆系有限元法求解开挖全过程地下连续墙的受力变形特性。算法经应用于实际基坑案例,并与传统弹性地基梁法计算结果及现场实测数据对比分析,结果表明:考虑围护墙位移与土压力耦合关系的弹性地基梁法能够合理计算及反映土压力从静止土压力向主动土压力的发展过程;对比传统弹性地基梁法,该修正方法计算的围护结构的受力变形特性计算值与实测值更吻合,可为工程实践与设计优化提供更好的理论支持。     

单支点支护结构设计中土层参数的分算与合算

针对基坑支护设计中土层参数的选取问题，以单支点桩墙支护结构为例，应用等值梁法和自由端法对土层参数分别采用分算与合算两种方法计算，从计算的结果可以看出，选用自由端分层法计算的结果比较合理，对类似的工程设计与施工均有指导意义，具有一定的实用价值。     

Coulomb模型下考虑墙体侧向位移的土压力计算

墙体侧向位移对土压力有显著影响。基于墙体位移-土压力关系是墙后土体应力应变特征的宏观体现这一基本认识,通过构建Coulomb土压力模型下的几何与平衡方程,将直剪试验中微观的土体单位长度剪切位移ε同剪应力τ关系转化成宏观上的墙体位移与土压力曲线,推导了极限位移可求、涵盖主动至被动状态全过程的墙体位移-土压力计算模型。分析表明：滑移区范围、初始应力状态及土体的ε-τ关系是影响墙体位移-土压力曲线的核心要素;相对于主动区,被动区范围对墙土摩擦作用更加敏感,导致静止与被动状态之间的位移-土压力关系受墙土摩擦影响更加显著;墙后土体初始应力状态对墙体位移的影响主要体现为静止土压力系数K₀,随着K₀的增大主动与被动状态下的墙体位移相应增加和减小;极限状态下墙体位移与工程经验吻合,理论模型能基本反映土压力随位移的变化规律。     

盾构隧道施工松动土压力计算方法研究

在盾构隧道施工中,因管片支护和注浆填充,隧道拱顶土体位移受限制,土拱效应不完全发挥,土体剪应力小于其抗剪强度,使得Terzaghi松动土压力理论不适用于盾构隧道。针对这一情况,在Handy理论基础上推导了土的侧压力系数计算公式,得出侧压力系数的变化规律,其值与主应力旋转角度相关,其大小在主动土压力系数和被动土压力系数之间变化;并认为土拱效应的发挥和隧道拱顶位移相关,据此,在Terzaghi松动土压力理论基础上推导了一种可以考虑地层损失和管片刚度的松动土压力计算公式;并通过对土拱高度的讨论,提出一种简化的隧道施工扰动范围判断方法。     

筒型基础防波堤土压力性状的有限元分析

筒型基础防波堤是一种新型港口与海岸工程结构,依靠沉入地基土层中的筒型基础维持结构稳定,作用在筒型基础上的土压力是结构稳定性验算的核心内容。结合某实际工程,建立了筒型基础防波堤三维弹塑性有限元模型,分析了不同波浪力加载值下作用在筒型基础上土压力的大小及竖向和环向分布规律,并将有限元计算的极限状态下的土压力与Rankine主动、被动土压力和静止土压力进行了比较分析。根据筒型基础的位移模式,将土压力分为主动、被动和静止3个区域,建议了不同区域土压力的简化计算方法,为筒型基础结构稳定性验算提供了基本依据。     

坭洲水道桥圆形地连墙支护体系监测与分析

对虎门二桥坭洲水道桥直径90 m、深29 m东锚碇工程进行了监测,实测得到开挖过程中地连墙墙后土压力、墙体径向位移、竖向弯矩等。同时,设计并实施了地连墙槽段接缝的单元体试验,探讨了圆形地连墙环向刚度折减系数的取值方法,并结合轴对称弹性地基梁法对监测数据进行了对比分析。计算与实测分析结果表明,圆形地连墙支护体系墙体最大位移值为开挖深度的0.018%,远小于工程预警值,说明其可有效控制基坑变形;施工过程中土体开挖及内衬施工对地连墙应力影响最大,是相应深度地连墙应力达到峰值的主要原因,其影响范围为上下两倍当层开挖深度;圆形地连墙墙后土体具有空间效应,实测土压力值小于主动土压力理论计算值;由计算对比可知,考虑环向效应及环向刚度折减的弹性地基梁法可较好地反映圆形地连墙支护体系的受力变形特性。