一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法，包括以下步骤：（1）建立开挖有限元模型及模拟土体开挖过程；（2）地震波的基线校正和加速度有效峰值的调整；（3）地震波的添加；（4）通过对土体的强度参数进行折减获得基坑的稳定性安全系数。通过上述方式，本发明专利技术一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法对地震波进行基线校正、调整加速度有效峰值，对基坑开挖过程中地应力平衡、基坑降水、围护结构的施工、地震波的添加、土方开挖等细节进行了详细的模拟，最终通过对地震波作用后基坑土体的强度参数进行折减进而得到基坑的稳定性安全系数,在地震频发区基坑工程稳定性安全系数的计算方法的普及上有着广泛的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法
本专利技术涉及基坑稳定性领域，特别是涉及多遇地震地区地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法。
技术介绍
随着我国城市化进程的加速发展，地下空间开发越来越多，基坑工程尤其是地震多发区基坑工程日益增多，基坑施工过程遭遇地震的几率增大且风险难以预测。同时由于工程规模的不断增大、工程地质条件的多样化、基坑工程与其他紧邻或关联工程相互影响的复杂化、地震及地质灾害的不确定性等也给基坑施工增加了更大的技术和安全风险，同时提出更高的技术与风险防范要求。因此，深基坑施工过程的灾害防范已经成为我国尤其是地震及地质灾害多发地区大型和高层建筑施工中极其重要的环节。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是多遇地震区提供一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法，土体采用M-C模型，围护结构采用线弹性模型，利用大型有限元软件ABAQUS建立有限元模型对基坑施工过程进行模拟分析，对基坑开挖过程中地应力平衡、围护结构的施工、基坑降水、地震波的输入和土方开挖等细节进行了详细的模拟，最终通过对土体的强度参数进行折减进而得到基坑的稳定性安全系数具有创新意义，拥有广泛的工程应用前景，在多遇地震区基坑稳定性安全系数的计算方法的普及上有着广泛的市场前景。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法，包括以下步骤：（1）建立开挖有限元模型：在工程勘察阶段，通过直接剪切试验获取土体的强度参数，土体采用M-C模型，根据基坑开挖施工方案和土体的强度参数，引入无限单元模拟半无限域的影响，建立开挖有限元模型；（2）模拟土体开挖过程：对模型的地应力进行平衡，采用场变量控制法和单元生死控制法对土体开挖过程进行模拟；（3）地震波的基线校正及加速度有效峰值的调整：地震波在输入前，需进行基线校正处理，否则地震位移波将发生明显漂移现象。然后对加速度有效峰值进行调整，即加速度有效峰值等于最大水平地震影响系数乘以重力加速度再除以2.25;(4)地震波的输入:将地震波作为边界条件输入到模型顶部除待开挖土体及无限单元外的节点上，并进行隐式动态分析;（5）获得基坑的稳定性安全系数：通过改变场变量的数值，对土体的粘聚力和内摩擦角数值进行折减，直到基坑失稳，最终基坑失稳时场变量的值即为基坑的稳定性安全系数。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（1）中的建立所述开挖有限元模型的具体方法包括以下步骤：（a）土体采用M-C模型，模型强度参数通过直接剪切实验获取；（b）在M-C模型的四周建立二维无限元模拟半无限域的影响，再施加重力，得到土体在自重作用下的受力及变形，同时导出初始地应力文件；（c）建立二维有限-无限单元模型，并读入初始地应力文件，从而获得地应力的平衡；（d）基坑围护桩施工过程的模拟。通过改变围护桩所在位置土体的杨氏模量达到模拟围护桩施工的效果；（e）基坑降水过程的模拟。令管井处单元节点的边界类型为水压力，数值为负值；（f）模拟土体开挖过程，采用场变量控制法改变待开挖土体的杨氏模量：首先把被开挖土体的杨氏模量变为土体初始杨氏模量的80%-90%区间中的一个数值，然后再变为土体初始杨氏模量的30%-25%区间中的一个数值，最后再采用单元生死控制法挖除拟开挖土体；（g）开挖结束后，令基坑底部土体与空气接触处单元孔压为零，并按施工间隙进行土体固结分析；（h）对拟输入的地震波进行基线校正和调整加速度有效峰值，并把校正后的地震波曲线输入到模型顶部除待开挖土体及无限单元外的节点上；（i）采用场变量控制法改变剩余土体单元的强度参数，模拟土体强度的折减过程，当基坑失稳时，此时定义的场变量的值就是基坑的稳定性安全系数。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（c）中在基坑四周建立所述二维无限元模拟半无限域的具体方法为：先在基坑四周建立二维无限单元，然后在模型底侧两角建立二维交叉无限单元，以模拟基坑无限远处对基坑开挖的影响。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（h）对拟输入的地震波进行基线校正和调整加速度有效峰值，并把校正后的地震波曲线输入到模型顶部节点上的步骤具体方法为：将拟处理的地震波曲线输入Seismosignal软件中，在软件中进行基线校正处理，然后对加速度有效峰值进行调整，即加速度有效峰值等于最大水平地震影响系数乘以重力加速度再除以2.25，把地震波加速度曲线作为边界条件输入到模型顶部除待开挖土体及无限单元外的节点上，并进行隐式动态分析。在本专利技术一个较佳实施例中，将步骤（1）中的所述基坑简化为平面模型：土体块在长度方向上取5倍的基坑开挖长度，其中无限元长度为0.5倍的基坑开挖长度；土体块在高度方向上取12倍的基坑开挖深度，其中无限元长度取2倍的基坑开挖深度。在本专利技术一个较佳实施例中，所述有限元模型包括CPE4P单元、CPE4单元和CINPE4单元，其中所述CPE4P单元模拟土体，所述CPE4模拟围护桩，所述CINPE4单元模拟基坑四周半无限域。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法通过土体采用M-C模型，围护结构采用线弹性模型，利用大型有限元软件ABAQUS建立有限元模型对基坑施工过程进行模拟分析，对基坑开挖过程中地应力平衡、基坑降水、围护结构的施工、土方开挖和地震波的添加等细节进行了详细的模拟，最终通过对土体的强度参数进行折减进而得到一种地震波作用下基坑的稳定性安全系数具有创新意义，在地震多遇地震区拥有广泛的工程应用前景，在基坑稳定性安全系数的计算方法的普及上有着广泛的市场前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的流程示意图；图2是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的整体模型网格划分图；图3是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的模型施加地应力后的位移云图；图4是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的模型围护桩施工后的位移云图；图5是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的模型围护桩施工后的孔隙水压力分布图；图6是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的模型降水后孔隙水压力分布图；图7是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的模型开挖至基坑底部即地下5米处塑性变形分布图；图8是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的拟加载ElCentro地震波X向加速度时程曲线图；图9是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的拟加载ElCentro地震波X向速度时程曲线图；图10是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的拟加载未经基线校正的ElCentro地震波X向位移时程曲线图；图11是本专利技术的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法一较佳实施例的拟加载经基线校正的ElCentro本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地震波作用下基坑工程稳定性安全系数的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）建立开挖有限元模型：在工程勘察阶段，通过直接剪切试验获取土体的M‑C模型参数，根据基坑开挖施工方案和土体的参数，引入无限单元模拟半无限域的影响，建立开挖有限元模型；（2）模拟土体开挖过程：对模型的地应力进行平衡，采用场变量控制法和单元生死控制法对土体开挖过程进行模拟；(3)地震波的基线校正及其加速度有效峰值的调整：将地震波输入Seismosignal软件进行基线校正，然后对加速度有效峰值进行调整，即加速度有效峰值等于最大水平地震影响系数乘以重力加速度再除以2.25;（4）地震波的输入：将地震波作为边界条件输入到模型顶部除待开挖土体及无限单元外的节点上，并进行隐式动态分析;（5）获得基坑的稳定性安全系数：通过改变场变量的数值，对土体的粘聚力和内摩擦角数值进行折减，直到基坑失稳，最终基坑失稳时场变量的值即为基坑的稳定性安全系数。

【技术特征摘要】
1.一种地震波作用下基坑工程稳定性安全系数的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）建立开挖有限元模型：在工程勘察阶段，通过直接剪切试验获取土体的M-C模型参数，根据基坑开挖施工方案和土体的参数，引入无限单元模拟半无限域的影响，建立开挖有限元模型；（2）模拟土体开挖过程：对模型的地应力进行平衡，采用场变量控制法和单元生死控制法对土体开挖过程进行模拟；(3)地震波的基线校正及其加速度有效峰值的调整：将地震波输入Seismosignal软件进行基线校正，然后对加速度有效峰值进行调整，即加速度有效峰值等于最大水平地震影响系数乘以重力加速度再除以2.25;（4）地震波的输入：将地震波作为边界条件输入到模型顶部除待开挖土体及无限单元外的节点上，并进行隐式动态分析;（5）获得基坑的稳定性安全系数：通过改变场变量的数值，对土体的粘聚力和内摩擦角数值进行折减，直到基坑失稳，最终基坑失稳时场变量的值即为基坑的稳定性安全系数。2.根据权利要求1所述的一种地震波作用下基坑稳定性安全系数的计算方法，其特征在于，步骤（4）中的地震波的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建永，王玲娟，王媛，王东，陈茂侠，肖建勋，王继荣，姚国兰，
申请(专利权)人：陈建永，
类型：发明
国别省市：江苏,32