一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法技术

本发明专利技术涉及计算地连墙外围土范围的技术领域，具体涉及一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法，包括以下几个步骤：步骤S1：建立地连墙开挖阶段的模型；步骤S2：将地连墙简化为筒形曲面，选取所述地连墙上的一块筒形曲面并在上面建立曲面坐标系；步骤S3：由薄壳理论推导出地连墙弯曲的微分方程及地连墙外层土厚度的方程。通过采用本发明专利技术的计算方法获得该地连墙外围土范围的确定，该方法具有计算简便，精度高等特点，提高实效性，减少施工人员的操作，这对往后施工有着实效性，减少施工测量，提高工作效率，具有广泛的推广性。

A calculation method of soil area around diaphragm wall in numerical simulation

【技术实现步骤摘要】
一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法
本专利技术涉及计算地连墙外围土范围的
，具体涉及一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法。
技术介绍
地连墙作为在开挖阶段的挡土防渗结构，对开挖施工的安全、顺利进行意义重大。为了准确计算地连墙在开挖阶段的各项响应，就需要确定地连墙外围土厚度的模拟范围，然而目前常用的做法是考虑连墙半径的1～2倍的外围土厚度。显然，这种做法具有一定的经验性，其考虑的参数只有地连墙半径。由于它未能考虑其它参数，使其在特定的条件下才具有适用性，因此，缺乏实效性，外围土厚度不具有较广的适用性。通过理论计算和实际工程经验来看，地连墙外侧土体性质、地连墙高度都对外围土取值影响较大。因此，只有综合考虑这些因素之后得到的地连墙外围土厚度才具有更大的适用性和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述存在的问题，提供一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法，有效的、快速的解决地连墙外围土范围确定方法，不再是根据经验所选择的盲目性确定方法，提高实效性，减少施工人员的操作。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法，包括以下步骤：步骤S1：建立地连墙开挖阶段的有限元模型，所述有限元模型为凹槽体，所述有限元模型包括地连墙、底板、内衬和填芯，所述地连墙为半圆筒体，所述有限元模型的底部设有底板，所述地连墙内侧紧贴设有内衬，所述有限元模型内填充有填芯。步骤S2：将地连墙简化为筒形曲面，选取所述地连墙上的一块筒形曲面并在上面建立曲面坐标系；所述筒形地连墙和内衬假定为弹性体，且为薄壳；假定地连墙周围的岩土材料为理想弹塑性材料；假定地连墙的墙体和岩土的墙体接触面没有相对位移；岩土对地连墙外侧的压力假定为静止土压力。步骤S3：在不同外层土的厚度下，地连墙的径向位移变化小于95％，地连墙外围土范围确定的计算公式为：在式子1中：T—为地连墙外侧土厚度，单位：m；H—为地连墙高度，单位：m；Rd—为地连墙半径，单位：m；—为地连墙外侧土剪切系数；其中p1、p2、p3、p4、p5为特征数，其值分别为：p1＝-2.69，p1＝-0.038，p3＝-3.33，p4＝-19.5，p5＝-0.007。进一步的，轴对称圆柱薄壳的弯曲微分方程式与弹性地基梁的弯曲微分方程式在形式上相同，筒形地连墙的空间效应采用沿墙体均匀分布的弹簧模拟，根据壳体结构的计算方法，得出地连墙开挖时的弯曲微分方程如下式子：在式子2-4中，E为地连墙弹性模量，z为地面或开挖面以下深度，uz为地连墙横向位移，ur为地连墙径向位移，uθ为地连墙横向位移与径向位移的合位移，v为地连墙泊松比，R为地连墙半径，qr为法向荷载，为地连墙的外围土剪切系数，θ为合角，h为地连墙厚度，qz为径向荷载，qθ为合荷载。进一步的，在轴对称问题中当忽略重力影响时有，将式子5带入式子6中解得，式子5-6中，E为地连墙弹性模量，v为地连墙泊松比，I为地连墙单位宽度截面惯性矩；h为地连墙厚度，z为地面或开挖面以下深度，R为地连墙半径，ur为地连墙径向位移，uz为地连墙横向位移，qr为法向荷载。进一步的，所述式子1中采用不同的地连墙半径、地连墙高度和地连墙外围土剪切系数组合进行计算，所述地连墙的高度为10.0—40.0m，地连墙的半径为10.0-30.0m，地连墙外围土剪切系数为10°-20°。进一步的，所述内衬为筒形刚性混凝土，在地连墙内侧沿直方向自上往下依次设置为1.0m内衬、1.5m内衬、1.5m内衬、1.5m内衬、1.5m内衬共5道内衬。进一步的，在模型底部以下7米对岩石采用水泥和水玻璃双液注浆。进一步的，所述模型上方还设有一个拱座，用以压住填芯。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：地连墙外围土厚度对地连墙的影响主要体现在地连墙开挖时的第一主应力和最大径向位移。而影响主应力和最大径向位移的主要因素为地连墙高度、地连墙半径以及地连墙外侧土剪切系数。因此，本专利技术将综合考虑地连墙高度、地连墙半径和地连墙外侧土剪切系数，形成地连墙外围土模拟范围的确定方法，通过实际施工建立模拟模型，通过薄壳理论的计算方法，式子1计算得出的结果与具体施工时计算出的结果基本吻合，这对往后施工有着实效性，减少施工测量，提高工作效率，具有广泛的推广性。由于所述内衬为筒形刚性混凝土，在地连墙内侧沿直方向自上往下依次设置为1.0m内衬、1.5m内衬、1.5m内衬、1.5m内衬、1.5m内衬，共计5道内衬，根据地连墙内侧受力不同，地连墙的每一层段设置的内衬厚度也不同，为满足地连墙内部开挖受力及刚度的需要。由于在模型底部以下7米对岩石采用水泥和水玻璃双液注浆，地连墙成槽施工前，对成槽区域覆盖层及灰岩面以下7米的岩石采用水泥和水玻璃双液注浆加固，构建一个稳固的筒形连续墙，以保证孔壁稳定性。由于所述模型上方还设有一个拱座，施工过程拱座上方还设有施力设备，拱座作为一种传力载体，目的是将填芯很好的装入槽体内。附图说明图1为本专利技术实施例中地连墙的结构示意图；图2为本专利技术实施例中地连墙一面的受力分析示意图；图3为本专利技术实施例中数值计算结果和本专利技术结果对比数轴图；图1-3中的附图标号为：1-地连墙，2-底板，3-内衬，4-填芯，5-帽梁，6-拱座。【具体实施方式】上述说明是针对本专利技术较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本专利技术的专利申请范围，凡本专利技术所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本专利技术所涵盖专利范围。实施例如图1-3所述，一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法，包括以下步骤：步骤S1：建立地连墙开挖阶段的有限元模型，有限元模型为凹槽体，有限元模型包括地连墙1、底板2、内衬3和填芯4，地连墙1为半圆筒体，有限元模型的底部设有底板2，地连墙1内侧紧贴设有内衬3，有限元模型内填充有填芯4，有限元模型上方还设有一个拱座6，地连墙1的顶部为帽梁5。步骤S2：将地连墙1简化为筒形曲面，选取地连墙1上的一块筒形曲面并在上面建立曲面坐标系；筒形地连墙1和内衬3假定为弹性体，且假定为薄壳；假定地连墙1周围的岩土材料为理想弹塑性材料；假定地连墙1的墙体和岩土的墙体接触面没有相对位移；岩土对地连墙外侧的压力假定为静止土压力。步骤S3：在不同外层土的厚度下，地连墙的径向位移变化小于95％，地连墙外围土范围确定的计算公式为：在式子1中：T—为地连墙外侧土厚度，单位：m；H—为地连墙高度，单位：m；Rd—为地连墙半径，单位：m；—为地连墙外侧土剪切系数；其中p1、p2、p3、p4、p5为特征数，其值分别为：p1＝-2.69，p1＝-0.038，p3＝-3.33，p4＝-19本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤S1：建立地连墙开挖阶段的有限元模型，所述有限元模型包括地连墙、底板、内衬和填芯，所述地连墙为半圆筒体，所述有限元模型的底部设有底板，所述地连墙内侧紧贴设有内衬，所述有限元模型内填充有填芯；/n步骤S2：将地连墙简化为筒形曲面，选取所述地连墙上的一块筒形曲面并在上面建立曲面坐标系；所述筒形地连墙和内衬假定为弹性体，且为薄壳；假定地连墙周围的岩土材料为理想弹塑性材料；假定地连墙的墙体和岩土的墙体接触面没有相对位移；岩土对地连墙外侧的压力假定为静止土压力；/n步骤S3：在不同外层土的厚度下，地连墙的径向位移变化小于95％，地连墙外围土范围确定的计算公式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：建立地连墙开挖阶段的有限元模型，所述有限元模型包括地连墙、底板、内衬和填芯，所述地连墙为半圆筒体，所述有限元模型的底部设有底板，所述地连墙内侧紧贴设有内衬，所述有限元模型内填充有填芯；
步骤S2：将地连墙简化为筒形曲面，选取所述地连墙上的一块筒形曲面并在上面建立曲面坐标系；所述筒形地连墙和内衬假定为弹性体，且为薄壳；假定地连墙周围的岩土材料为理想弹塑性材料；假定地连墙的墙体和岩土的墙体接触面没有相对位移；岩土对地连墙外侧的压力假定为静止土压力；
步骤S3：在不同外层土的厚度下，地连墙的径向位移变化小于95％，地连墙外围土范围确定的计算公式为：



在式子1中：
T—为地连墙外侧土厚度；
H—为地连墙高度；
Rd—为地连墙半径；

—为地连墙外侧土剪切系数；
其中p1、p2、p3、p4、p5为特征数，其值分别为：p1＝-2.69，p1＝-0.038，p3＝-3.33，p4＝-19.5，p5＝-0.007。


2.如权利要求1所述的一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法，其特征在于：轴对称圆柱薄壳的弯曲微分方程式与弹性地基梁的弯曲微分方程式在形式上相同，筒形地连墙的空间效应采用沿墙体均匀分布的弹簧模拟，根据壳体结构的计算方法，得出地连墙开挖时的弯曲微分方程如下式子：









在式子2-4中，E为地连墙弹性模量，z为地面或开挖面以下深度，uz为地连墙横向位移，u...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，王龙林，郝天之，于孟生，施培华，龙惠冰，
申请(专利权)人：广西交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45