利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2024111746620
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基坑开挖引起的坑底隆起导致的临近隧道横向位移的计算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:取矩形基坑地表中心为坐标轴原点,沿竖直方向取z轴,沿基坑长度方向取x轴,沿基坑宽度方向取y轴,计算坑底隆起卸荷导致的围护结构处任意深度土体横向位移,并根据土体和围护结构之间的变形协调将其等效为围护结构位移Sz(z),所述横向位移为y轴方向的位移;

步骤2:根据围护结构位移Sz(z)与主动状态下达到最大位移值Sa的比值η,得到粘聚力发挥值 并由此基于非极限主动土压力理论得到非极限主动土压力pa,从而得到围护结构所计算的对应深度处由于坑底隆起产生的水平卸荷应力p1,最后得到隧道水平方向附加应力σy;

步骤3:通过隧道水平方向附加应力σy得到水平附加应力作用于隧道上的荷载P(x)并根据土体与隧道位移协调得到隧道横向位移ω(x)的控制方程,将其表达为矩阵形式,并以此计算得到待定系数矩阵A,最终得到隧道的横向位移函数,从而计算隧道横向位移ω(x)。

2.根据权利要求1所述的计算方法,其特征在于,步骤1中,所述围护结构处任意深度土体横向位移具体为:根据得到的坑底隆起曲线,由影像源法计算其作用在围护结构处任意深度土体横向位移,所述影像源法具体为:获得坑底任意点P(y0,d)土体损失引起的围护结构处任意点Q(y,z)土体变形Sy后,沿着坑底宽度方向积分,得到围护结构处任意深度土体横向位移Sz(z):

2 2 1/2

式中:B为基坑宽度,d为基坑深度,zr为基坑底部所计算点的深度,r1=[y +(z‑d) ] ,

2 2 1/2

r2=[y+(z+d) ] 。

3.根据权利要求2所述的计算方法,其特征在于,所述基坑底部所计算点的深度zr根据坑底隆起曲线得到:式中:Sr为中心点隆起量,Sm为基坑侧壁隆起量。

4.根据权利要求3所述的计算方法,其特征在于,所述中心点隆起量Sr和基坑侧壁隆起量Sm的计算公式为:Sr=Y1Y2S0

Sm=Y1Y2S1

2

S0=0.732Q(1‑μ)/E0

其中Y1,Y2为修正系数, Q为土体单位厚度总重量,Q=Bdγ,γ为开挖范围内土体重度;μ为土体泊松比;E0为土体回弹模量,土体回弹模量E0的经验值为(3~5)Es,Es为土体压缩模量,S0为初始中心点隆起量,S1为初始基坑侧壁隆起量。

5.根据权利要求1所述的计算方法,其特征在于,步骤2)中,所述隧道水平方向附加应力σy的计算方法为:式中:设靠近隧道一侧基坑壁任意点的坐标为(ξ,B/2,z),取隧道轴线上任意点(x1,L1,z0),p1为水平卸荷应力,L1为隧道轴线至基坑中心的距离;B为基坑宽度;z为非极限主动土压力pa对应的计算深度;z0为地表到隧道轴线的深度,μ为土体泊松比,

6.根据权利要求1所述的计算方法,其特征在于,所述水平卸荷应力p1的计算方法为:p1=K0γz‑pa

式中:K0为静止侧向土压力系数,z为非极限主动土压力pa的计算深度,γ为土重度,pa为非极限主动土压力。

7.根据权利要求1所述的计算方法,其特征在于,所述非极限主动土压力pa的计算方法为:式中:γ为土重度,q0为坑外堆载;θ为土体粘聚力;cm为内摩擦角发挥值;

所述粘聚力发挥值 的计算方式为:

式中:Rf为土体破坏比,为土体内摩擦角,K0为静止侧向土压力系数。

8.根据权利要求1所述的计算方法,其特征在于,所述隧道的横向位移函数具体为:T

ω(x)=Tn(x)A

T

式中:A为待定系数矩阵A的转置,

其中Dt为管片环的环宽,N为受基坑开挖影响的隧道衬砌计算环数,取值与基坑开挖的影响范围有关。

9.根据权利要求8所述的计算方法,其特征在于,所述矩阵形式具体为:T T

([Kt]+[Ks]){A}={Pn}

T

式中:[Kt]为隧道环间刚度矩阵,[Ks]为土体刚度矩阵,{Pn} 表示自由土体位移和隧道衬砌环的相作用效应;

所述隧道横向位移ω(x)的控制方程为:

式中:kt和kT分别为隧道的环间剪切刚度和环间抗拉刚度,k为土的基床系数,m为衬砌环的编号;P(x)为水平附加应力作用于隧道上的荷载,P(x)=σyD,D为盾构隧道衬砌外径,j为刚体转动效应比例系数;ξi为待定系数矩阵A中的各个元素,也即隧道横向位移函数多项T式的系数,A=(a1,a2,a3,…,an) 。

10.一种基坑开挖引起的坑底隆起导致的临近隧道横向位移的计算系统,其特征在于,用于实现如权利要求1‑9任一项所述的计算方法。