一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法技术

本发明专利技术涉及地表沉降预测领域，提供一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法，包括：建立基坑开挖诱发坑外地表沉降的三维数值模型；修正三维数值模型的参数，将修正后的三维数值模型作为参考算例；基于参考算例得到开挖深度H与地表最大沉降δ

【技术实现步骤摘要】
一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法


[0001]本专利技术涉及地表沉降预测领域，特别涉及一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法。

技术介绍

[0002]随着城市工程建设活动的大力开展，城市对土地资源的需求随之日益增长，越来越多的基坑工程紧邻建筑物、地铁车站、地下管线等。在地铁隧道沿线进行基坑施工作业将难以避免，在建筑物、管线密集的软土地区进行基坑开挖将不可避免地对邻近环境带来扰动，如引起路面不均匀沉降、地下管线变形，严重者甚至会引起结构的开裂和破坏。由此可见，对基坑开挖全过程中诱发的坑外地表沉降进行准确、快速、简便的预测十分重要。
[0003]坑外地表沉降的性状受到地层条件、基坑尺寸、围护结构型式等不同因素的影响，一般很难对坑外地表沉降进行准确地评估。然而，周边环境复杂的软土顺作法深基坑一般在围护结构体系设计、土方开挖及施工上存在很多相似性，对某地区特定地层条件下典型的深基坑案例进行建模以期给出该地区基坑开挖引发地表沉降的分析方法是可行的。另一方面，国内最早在上海地铁1号线建设中就已发现软黏土基坑变形具有明显的时空效应，然而在软土基坑坑外地表沉降的分析中却很少考虑时间效应的影响造成地表沉降预测不准确问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法，所述方法包括：
[0006](1)根据采集软黏土地区典型基坑的工程资料建立基坑开挖诱发坑外地表沉降的三维数值模型；
[0007](2)修正三维数值模型的参数直至模拟的计算值与实测值吻合良好，将修正后的三维数值模型作为参考算例；
[0008](3)基于参考算例得到开挖深度H与地表最大沉降δ
vm
的拟合函数一；
[0009](4)基于参考算例不同时空因素对地表最大沉降δ
vm
的影响，给出考虑不同时空因素的拟合函数二～六以对参考算例的地表最大沉降δ
vm
进行修正；
[0010](5)基于三维数值模型得到围护墙的角点至拐点的距离A的拟合函数七；
[0011](6)采集同地区需预测基坑的工程资料，将需预测基坑的参数代入拟合函数一～六，得到需预测基坑坑外的地表最大沉降δ
vm
'；
[0012](7)利用拟合函数七得到A，将A代入互补误差函数，并结合需预测基坑坑外的地表最大沉降δ
vm
'给出垂直于围护墙的任意剖面的坑外地表最大沉降δ
vm”；
[0013](8)将坑外地表最大沉降δ
vm”代入三折线模型求得相应剖面任意点处的地表沉降δ
v
。
[0014]进一步的，步骤(1)中，软黏土地区典型基坑的工程资料包括场地土层物理力学参数、基坑开挖的长、宽、深、围护结构体系以及施工日志。
[0015]进一步的，步骤(3)中，拟合函数一的具体表达式如下：
[0016][0017]其中，设基坑的长宽分别为L1、L2，δ
vm
取自长为L1的围护墙坑外地表。
[0018]进一步的，所述时空因素包括：基坑开挖速率v(单位时间内开挖的土体体积)、软土层厚度l
s
、软土蠕变性、基坑开挖面积S、基坑长宽比L1/L2(不改变开挖面积的条件下)；
[0019]进一步的，步骤(4)的具体过程为：
[0020]定义修正系数的符号分别为ξ
v
、ξ
ls
、ξ
c
、ξ
S
、ξ
L1/L2
，则拟合函数二～六依次为：
[0021][0022]其中，v0为单位开挖速率(1m3/d)；l
s0
为单位软土层厚度(1m)；S0为单位开挖面积(1m2)。
[0023]进一步的，步骤(5)中，所述拟合函数七的具体表达式为：
[0024]2A/L1＝
‑
0.21ln(H/L1)+0.06；
[0025]其中，L1为基坑的长。
[0026]进一步的，步骤(6)中，需预测基坑的工程资料包括场地土层物理力学参数、基坑开挖的长、宽、深以及施工计划。
[0027]进一步的，步骤(6)中需预测基坑坑外的地表最大沉降δ
vm
'的具体计算公式为：
[0028]考虑时空因素的各项修正系数得到需预测基坑坑外的地表最大沉降δ
vm
'为
[0029][0030]进一步的，步骤(7)的具体过程为：
[0031]定义平行于围护墙方向为y方向，基坑角点为原点，朝挡墙中部方向为正，此时围护墙中部剖面的坐标为y＝L1/2；拐点指平行于围护墙剖面上地表沉降为沉降最大值1/2的点；
[0032]将开挖深度H和基坑的长L1代入拟合函数七得到围护墙的角点至拐点的距离A：
[0033][0034]将围护墙的角点至拐点的距离A代入互补误差函数，基于需预测基坑坑外的地表最大沉降δ
vm
'和互补误差函数给出垂直于围护墙的任意剖面的坑外地表最大沉降δ
vm”，具体表达式如下：
[0035][0036]进一步的，步骤(8)的具体过程为：
[0037]定义垂直于围护墙方向为x方向，围护墙外壁为原点，朝坑外方向为正；
[0038]将δ
vm”代入三折线模型求得相应剖面任意点处的地表沉降δ
v
，具体表达式为：
[0039][0040]本专利技术具有以下有益效果：
[0041](1)本专利技术提供的一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法，既克服了传统方法需要预先评估围护墙侧移的弊端，又克服了既有分析方法无法考虑土体蠕变效应的缺点，为软黏土地区深基坑工程实践提供了一种新方法，具有工程意义和很好的推广应用价值；
[0042](2)本专利技术在无需基坑开挖即可提前预测坑外任意地表沉降，同时根据沉降大小，有助于提前采取相应工程措施。
附图说明
[0043]图1为本专利技术的预测方法示意图。
[0044]图2为本专利技术实施例中的B2基坑的两个围护墙测斜点和两个地表沉降监测剖面图。
[0045]图3为本专利技术实施例中的三维数值模型示意图。
[0046]图4为本专利技术实施例中围护墙测斜5cm工况下三维数值模型模拟结果与实测值的对比图。
[0047]图5为本专利技术实施例中围护墙测斜7cm工况下三维数值模型模拟结果与实测值的对比图。
[0048]图6为本专利技术实施例中地表沉降2cm工况下三维数值模型模拟结果与实测值的对比图。
[0049]图7为本专利技术实施例中地表沉降4cm工况下三维数值模型模拟结果与实测值的对比图。
[0050]图8为本专利技术的平行于围护墙方向的地表沉降示意图。
[0051]图9为本专利技术实施例中B1基坑坑外地表沉降监测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法，其特征在于，所述方法包括：(1)根据采集软黏土地区典型基坑的工程资料建立基坑开挖诱发坑外地表沉降的三维数值模型；(2)修正三维数值模型的参数直至模拟的计算值与实测值吻合良好，将修正后的三维数值模型作为参考算例；(3)基于参考算例得到开挖深度H与地表最大沉降δ
vm
的拟合函数一；(4)基于参考算例不同时空因素对地表最大沉降δ
vm
的影响，给出考虑不同时空因素的拟合函数二～六；(5)基于三维数值模型得到围护墙的角点至拐点的距离A的拟合函数七；(6)采集同地区需预测基坑的工程资料，将需预测基坑的参数代入拟合函数一～六，得到需预测基坑坑外的地表最大沉降δ
vm
'；(7)利用拟合函数七得到A，将A代入互补误差函数，并结合需预测基坑坑外的地表最大沉降δ
vm
'给出垂直于围护墙的任意剖面的坑外地表最大沉降δ
vm”；(8)将坑外地表最大沉降δ
vm”代入三折线模型求得相应剖面任意点处的地表沉降δ
v
。2.根据权利要求1所述的一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法，其特征在于，步骤(1)中，软黏土地区典型基坑的工程资料包括场地土层物理力学参数、基坑开挖的长、宽、深、围护结构体系以及施工日志。3.根据权利要求1所述的一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法，其特征在于，步骤(3)中，拟合函数一的具体表达式如下：其中，设基坑的长宽分别为L1、L2，δ
vm
取自长为L1的围护墙坑外地表。4.根据权利要求1所述的一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法，其特征在于，所述时空因素包括：基坑开挖速率v、软土层厚度l
s
、软土蠕变性、基坑开挖面积S、基坑长宽比L1/L2。5.根据权利要求4所述的一种考虑时空效应的软黏土基坑坑外地表沉降预测方法，其特征在于，步骤(4)的具体过程为：定义修正系数的符号分别为ξ
v
、ξ

【专利技术属性】
技术研发人员：应宏伟，熊一帆，程康，李冰河，张金红，吕唯，
申请(专利权)人：浙江省建筑设计研究院，
类型：发明
国别省市：