一种深基坑邻近管线水平变形解析方法技术

本发明专利技术涉及一种深基坑邻近管线水平变形解析方法，包括：基于柔性支护结构侧壁卸载方程，计算所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线水平附加荷载；通过管线水平变形挠曲微分方程，确定管线与土体之间相互作用的水平剪切系数与抗力系数；基于所述邻近管线水平附加荷载与所述水平剪切系数与抗力系数，求解管线水平变形微分方程，得到所述管线水平变形值。本发明专利技术主要考虑了柔性支护结构侧向位移对基坑侧壁卸载分布的影响，此外也考虑了侧向卸载应力路径对模型参数取值的影响，利用边界条件进行积分变换计算等，能更符合工程真实情况，减少管线水平变形计算误差，保证施工安全和基坑附近管线的正常使用。近管线的正常使用。近管线的正常使用。

【技术实现步骤摘要】
一种深基坑邻近管线水平变形解析方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程计算方法
，特别是涉及一种深基坑邻近管线水平变形解析方法。

技术介绍

[0002]国内外由于基坑支护设计考虑不周全或开挖施工时操作不当，导致的管线事故时有发生，管线对变形比较敏感，而地铁车站基坑开挖过程中会引起地层产生较大变形，所以车站基坑开挖对管线变形影响是一个重要的研究课题。
[0003]目前深基坑开挖对邻近管线影响的研究方法主要有数值模拟法、两阶段解析法等。但数值模拟法建模复杂，计算需要耗费较多的时间，而两阶段解析法建立的管土受力变形模型对问题进行了一系列的简化，管土相互作用参数的取值对结果的可靠性影响很大，管土之间相互作用关系也不是很明确。
[0004]另一方面，目前的计算方法将侧壁卸载简化为三角形分布荷载，但实际上侧壁卸载会随着支护结构侧向位移增大而非线性增大。对于支护形式为地下连续墙等柔性支护结构基坑，基坑开挖后支护结构的变形模式为抛物线式，基于柔性支护结构抛物线式变形模式下，将侧壁卸载简化三角形分布荷载是不合理的。因此考虑支护结构变形模式和侧向位移对侧壁卸载的影响是非常重要的。
[0005]与此同时，国内外关于基坑开挖引起的管线变形研究成果多集中在管线竖向变形方面，而对管线水平变形的研究较少。因此，对基坑开挖时邻近地下管线水平变形的研究非常迫切。

技术实现思路

[0006]为了减少误差，使得计算结果更接近实际情况，本专利技术提出一种深基坑邻近管线水平变形解析方法，能够更精准的计算管线水平变形值。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种深基坑邻近管线水平变形解析方法，包括：
[0009]基于柔性支护结构侧壁卸载方程，计算所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线水平附加荷载；
[0010]通过管线水平变形挠曲微分方程，确定管线与土体之间相互作用的水平剪切系数与抗力系数；
[0011]基于所述邻近管线水平附加荷载与所述水平剪切系数与抗力系数，求解管线水平变形微分方程，得到所述管线水平变形值。
[0012]优选地，所述柔性支护结构卸载方程为：
[0013][0014]其中,K0、K
a
分别为静止土压力系数和朗肯主动土压力系数，γ为基坑内土体加权重度，z为深度，H为基坑开挖深度，δ
max
为支护结构最大侧向位移，δ
a
为土体主动极限位移，c为土体粘聚力。
[0015]优选地，所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线水平附加荷载的计算方程为：
[0016]q(y)＝σ
x
h
[0017]其中h为矩形截面高度，σ
x
为柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线总水平附加应力，q(y)为柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线水平附加荷载。
[0018]优选地，所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线总水平附加应力的计算方法包括：
[0019]计算基坑底部以及与管线相邻三个侧壁卸载引起的矩形管线水平附加应力，并通过叠加原理，得到所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线总水平附加应力。
[0020]优选地，所述建立管线水平变形挠曲微分方程的方法包括：
[0021][0022]其中，E
p
I为管线抗弯刚度，G
p
为水平剪切系数，K为抗力系数，w(y)为管线水平变形值。
[0023]优选地，所述水平剪切系数G
p
的计算方法为：
[0024][0025]其中，E为土体弹性模量，ν为土体泊松比，ξ(x)为水平衰减函数，T为荷载影响宽度。
[0026]优选地，所述抗力系数K的表达式为：
[0027][0028]其中，E为土体弹性模量，z0为管线埋深，ν为土体泊松比，E
p
I为管线抗弯刚度。
[0029]优选地，所述管线的水平变形挠曲微分方程包括四阶微分方程，其中一般齐次通解包括：
[0030]w(y)＝e
αy
[A1cos(βy)+A2sin(βy)]+e
‑
αy
[A3cos(βy)+A4sin(βy)][0031]其中，A1、A2、A3、A4分别为待定系数；
[0032]K为抗力系数，E
p
I为管线抗弯刚度。
[0033]优选地，得到所述管线水平变形值的方法包括：
[0034]基于在管线边界处管线位移与转角为0，且剪力平衡，在管线处取分布荷载微元替换集中荷载，并对水平附加荷载作用范围内进行积分，求出管线作用水平附加荷载下，管线的水平位移表达式，并进行积分变换，基于高斯
‑
拉盖尔数值积分方法，得到所述管线水平变形值。
[0035]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出了一种深基坑邻近管线水平变形解析方法，改进了常规基坑临近管线变形计算方法中没有考虑基坑支护结构变形模式和侧向位移对侧壁卸载影响的情况，得到的解析解更接近于数值解，与实测值吻合度较高，可以有效计算出管线水平变形情况，在施工中采取相应的有效控制措施，确保施工及管线的正常运转，保证管线安全正常使用。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本专利技术实施例的方法流程图；
[0038]图2为本专利技术实施例的柔性支护结构侧壁卸载形式示意图，其中(a)为俯视图，(b)基坑开挖前后土压力了分布情况示意图，(c)为剖面图；
[0039]图3为本专利技术实施例的管土模型管线水平受力俯视图；
[0040]图4为本专利技术实施例的管土模型管线水平受力剖面图；
[0041]图5为本专利技术实施例的水平衰减函数ξ(x)和荷载影响宽度T示意图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0043]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0044]参照图1
‑
图5所示，一种深基坑邻近管线水平变形解析方法，计算流程如图1，具体实施方式如下：
[0045]一、构建柔性支护结构侧壁卸载方程。
[0046]当基坑尚未开挖，支护结构侧向位移为零，此时作用在支护结构上的土压力为静止土压力。如图2所示为柔性支护结构侧壁卸载形式示意图，(a)为俯视图，(b)基坑开挖前后土压力了分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深基坑邻近管线水平变形解析方法，其特征在于，包括：基于柔性支护结构侧壁卸载方程，计算所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线水平附加荷载；通过管线水平变形挠曲微分方程，确定管线与土体之间相互作用的水平剪切系数与抗力系数；基于所述邻近管线水平附加荷载与所述水平剪切系数与抗力系数，求解管线水平变形微分方程，得到所述管线水平变形值。2.根据权利要求1所述的深基坑邻近管线水平变形解析方法，其特征在于，所述柔性支护结构卸载方程为：其中,K0、K
a
分别为静止土压力系数和朗肯主动土压力系数，γ为基坑内土体加权重度，z为深度，H为基坑开挖深度，δ
max
为支护结构最大侧向位移，δ
a
为土体主动极限位移，c为土体粘聚力。3.根据权利要求1所述的深基坑邻近管线水平变形解析方法，其特征在于，所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线水平附加荷载的计算方程为：q(y)＝σ
x
h其中h为矩形截面高度，σ
x
为柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线总水平附加应力，q(y)为柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线水平附加荷载。4.根据权利要求3所述的深基坑邻近管线水平变形解析方法，其特征在于，所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线总水平附加应力的计算方法包括：计算基坑底部以及与管线相邻三个侧壁卸载引起的矩形管线水平附加应力，并通过叠加原理，得到所述柔性支护结构侧壁卸载下邻近管线总水平附加应力。5.根据权利要求1所述的深基坑邻近管线水平变形解析方法，其特征在于，所述建立管线水平变形挠曲微分方程的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，任东伟，郑康康，朱依婷，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：