[发明专利]一种流变性地层基坑开挖长时位移预测评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及基坑工程领域，具体涉及一种流变性地层基坑开挖长时位移预测评价方法。

背景技术

我国许多城市的地层含有软塑或流塑的淤泥质黏土、粉质黏土、黏质粉土，这类土都具有显著的流变特性。在软黏土地区深基坑工程施工中，随着开挖深度的增加，软土的流变特性使地下连续墙的变形不断增大，尤其是当支撑不及时，开挖到底后未及时浇筑垫层和底板，施工停滞过长等均可能导致基坑工程事故的发生。基坑工程施工具有显著的时空效应，而经典的土体弹性、弹塑性模型无法反映基坑施工的时间效应，所以采用恰当的黏弹塑性模型对软土地区基坑施工过程进行变形模拟计算和预测分析显得非常必要。根据试验数据拟合建立经验流变本构模型，用于岩土工程的数值计算，证明是一条有效的途径。为获得土体蠕变条件下基坑开挖位移时效特性并有效预测长期位移及工程风险，一直缺乏一种简单易用的预测计算方法。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种流变性地层基坑开挖长时位移预测评价方法，提出改进的蠕变模型经验公式、蠕变模型位移时效特性的等效转化公式，长时位移经验计算公式以获得土体蠕变条件下基坑开挖位移时效特性并有效预测长期位移及工程风险。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种流变性地层基坑开挖长时位移预测评价方法，其特征在于：所述方法至少包括：

（1）在所述流变性地层基坑的施工现场内取土样并对其进行室内三轴蠕变试验，得到所述土样的蠕变特性关系曲线，根据试验数据拟合建立蠕变模型经验公式，该经验公式是对Singh-Mitchell模型进行改进，得到：

                    （1）

其中：为平均应力；为应力偏差；为参考时间；为瞬时弹性应变；A，a，b，m为待定常量。

令，n=1-m，则：

                    （2）

对=0，有：

                    （3）

当t=t₁，则：

                       （4）

所述的经验型蠕变模型中C和b表征土蠕变速率的数量级，反映土的组成、结构和应力历史对变形与强度的影响；参数n表现为应变速率随着时间减小的速度。式(3)中的参数C和b可从t=t₁时的(σε/D?ε)关系中得到，C为拟合直线的截距，b为拟合直线的斜率；参数n即为蠕变曲线lnε?lnt中直线的斜率。参考时间t₁可以取任意值，但不影响模型参数值，得到饱和软土在不同排水条件及各级偏应力下的n。

（2） 根据三维FEM计算得到的所述基坑开挖完成后的土体应力分布，选取需要预测位移时间效应及其长时位移的位置，绘制出该位置土体应力沿着深度变化的关系图；

（3）进行蠕变模型位移时效特性的等效转化：采用进行所述蠕变模型位移时效特性的等效转化，其中为位移的时效系数、为时间t=t1的位移、为时间t=t2的位移、为时间t=t1的应变、为时间t=t2的应变；

（4）确定基坑变形时间的实际取值，即所述t2的取值，计算位移或应变比值，根据数值模拟所得的瞬态位移值推算t=t2位移，并以此近似得到土体在相应剪应力水平下的长时位移值；

（5）长时位移的预测与分析：根据第（1）项至第（4）项的结果计算各个不同剪应力水平位移时效系数，建立以FEM瞬态力学状态模拟及土体位移时效系数为基础的经验计算公式，根据基坑开挖FEM数值模拟结果及所建立的公式计算基坑开挖水平位移和土体分层沉降；

（6）与基坑内的实测结果比较分析，反馈施工。

第（4）项中t₂的选取为所述土体达到应变为90%以上所经历的时间。

第（5）项中，所述经验计算公式为：

，其中m为假定的土体层数，且每层土体中有k个已知位移值。