[发明专利]一种非饱和土基坑挡墙抗倾覆临界嵌固系数的计算方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种非饱和土基坑挡墙抗倾覆临界嵌固系数的计算方法及其应用。

背景技术

饱和土可以看成是非饱和土的特例，但非饱和土与饱和土在力学特性上存在很大差别。已有非饱和土的真三轴试验表明：中间主应力对非饱和土的强度具有显著影响。挡墙的抗倾覆稳定性是现代复杂基坑设计的重要内容之一，因施工时常采用坑外井点降水或坑内降水等措施，基坑周围的土体大多都处于非饱和状态，然而现有基坑挡墙的抗倾覆稳定性验算仍是沿用基于Mohr-Coulomb(M-C)强度准则的饱和土理论，没有考虑非饱和特性和中间主应力对土体强度的影响，更有甚者将工程常规试验方法(不能量测基质吸力)所获得的非饱和土中基质吸力所引起的不稳定吸附强度当作饱和土的稳定粘聚力，以致基坑的设计不合理，严重的将会造成工程事故。有关非饱和土基坑挡墙的抗倾覆稳定性研究鲜有报道，探讨了基质吸力对基坑支护结构内力的影响，提出了考虑基质吸力的水泥搅拌桩抗滑移和抗倾覆稳定性的验算方法，由极限分析上限定理确定了砂性非饱和土挡墙的张拉区深度。基坑支护抗倾覆设计的关键是非饱和土挡墙土压力的确定，建立了非饱和膨胀土的挡墙土压力计算方法，推导了非饱和土挡墙的朗肯土压力公式，讨论了非饱和土挡墙土压力计算的有效应力法和总应力法，获得了降雨入渗时非饱和土的朗肯土压力公式，研究了非饱和土刚性挡墙绕墙趾转动时的土压力。以上有关非饱和土挡墙土压力和稳定性的研究都是基于M-C强度准则的非饱和土抗剪强度公式，没有考虑中间主应力对非饱和土强度的影响。利用拓展类比方法建立的非饱和土平面应变抗剪强度统一解能合理考虑中间主应力的影响，同时结合吸力角双曲线模型可以反映非饱和土强度的非线性，具有重要的工程应用价值。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种非饱和土基坑挡墙抗倾覆临界嵌固系数的计算方法及其应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种非饱和土基坑挡墙抗倾覆临界嵌固系数的计算方法，包括如下步骤：

S1、计算高基质吸力下强度非线性的非饱和土平面应变抗剪强度统一解；

S2、计算非饱和土主动及被动土压力强度；

S3、计算基坑挡墙抗倾覆稳定性的倾覆力矩及抗倾覆力矩；

S4、基质吸力沿深度不变，计算抗倾覆临界嵌固深度D_l的三次方程；

S5、基质吸力沿深度线性变化，计算挡墙抗倾覆嵌固深度D_l的三次方程；

S6、计算基坑挡墙抗倾覆临界嵌固系数h_D。

本发明还提供了上述一种非饱和土基坑挡墙抗倾覆临界嵌固系数的计算方法的应用。

本发明基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解，考虑非饱和土强度的中间主应力效应和非线性，推导了2种基质吸力分布下基坑刚性挡墙的抗倾覆临界嵌固深度方程，给出了工程应用步骤，并对新提出的抗倾覆临界嵌固系数进行了参数影响特性分析，可为非饱和土基坑支护结构的合理设计和施工提供一定的理论基础。

附图说明

图1为本发明实施例中基坑刚性挡墙模型示意图。

图2为本发明实施例中基质吸力分布示意图。

图3为本发明实施例中非饱和土强度非线性的变化示意图。

图4为本发明实施例中非饱和土吸力角变化示意图。

图5为本发明实施例中抗倾覆临界嵌固系数h_D随参数b的变化关系示意图。

图6为本发明实施例中参数b＝0、0.5和1时，抗倾覆临界嵌固系数h_D随基质吸力变化的关系示意图。

图7(a)为本发明实施例中较小吸力角时的示意图。

图7(b)为本发明实施中双曲线模型，m＝0kPa时的示意图

图7(c)为本发明实施例中双曲线模型，m＝2.5kPa时的示意图。

图7(d)为本发明实施例中双曲线模型，m＝5kPa时的示意图。

图7(e)为本发明实施例中双曲线模型，m＝10kPa时的示意图。

图7(f)为本发明实施例中双曲线模型，m＝30kPa时的示意图。

其中，图中UD(Uniform Distribution)代表均匀分布，LD(Linear Distribution)代表线性分布。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。