一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法技术

本发明专利技术涉及计算地连墙主应力的技术领域，具体涉及一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，包括以下几个步骤：步骤S1：建立地连墙开挖阶段的模型，所述模型包括地连墙、底板、内衬和填芯，所述地连墙为半圆筒体，所述模型的底部设有底板，所述地连墙内侧紧贴设有内衬，所述模型内填充有填芯；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；步骤S3：求出地连墙最大主应力的计算公式。通过本发明专利技术得到地连墙在不同开挖深度下的最大主应力公式，并将该公式用于项目施工中地连墙的开挖过程中，结果表明，该公式具有计算简便，精度高等特点，完全能满足施工监控要求。

A simple calculation method for the maximum principal stress of diaphragm wall in excavation stage

【技术实现步骤摘要】
一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法
本专利技术涉及计算地连墙主应力的
，具体涉及一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法。
技术介绍
在大型地基基础施工中，采用地连墙作为支护结构的施工方式日益广泛。地连墙不仅仅能作为开挖阶段的挡土防渗结构，其还能成为基础的永久屏障。为了确保地连墙能够完成其特定的功能，就要保证其安全性。尤其是在基础开挖过程中，保证其不开裂将对施工乃至运营阶段都将意义深远。与开裂直接相关的物理参数是地连墙最大主应力，其值一但超过地连墙材料的开裂极限拉应力，就将产生裂缝，从而影响施工的正常进行。目前想要获得地连墙在不同开挖深度下的最大主应力较困难，建立地连墙及周围土体的有限元实体模型是较为常用的手段。为了准确的模拟，模型往往还需要考虑接触、土体本构模型等一系列非线性问题，对技术人员理论计算功底要求较高，不利于工程推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述存在的问题，提供一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，得到地连墙在不同开挖深度下的最大主应力公式，并将该公式用于项目施工中地连墙的开挖过程中，该公式具有计算简便，精度高等特点，完全能满足施工监控要求，解决了项目施工中地连墙的开挖过程中对最大主应力计算繁琐的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，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：地连墙最大主应力的计算公式为：式子1中：stress—为地连墙最大主应力；—为地连墙外围土剪切系数；hk—为开挖深度，单位：m；Td—为地连墙厚度，单位：m；Ed—为地连墙弹性模量，单位：MPa；其中p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7为特征数，其值分别为：p1＝-0.0043，p2＝-0.00049，p3＝17810.68，p4＝2599.22，p5＝-10.56，p6＝0.14，p7＝-15246.33。进一步的，根据壳体结构的计算方法，地连墙开挖时的弯曲微分方程由薄壳理论推导得到如下式子：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，在轴对称薄壳问题中，结合式子2、式子3、式子4得到壳体的环向应力σθ与应变εθ的公式分别表达为：其中，E为地连墙弹性模量，z为地面或开挖面以下深度，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，θ为合角，εz为力变，uz为地连墙横向位移；在轴对称条件下有uθ＝0，且筒形地连墙半径沿z方向厚度相同，则式6简化为：其中R为地连墙半径，ur为地连墙径向位移；忽略地连墙自重的影响，得到地连墙竖向应力的式子为：其中，E为地连墙弹性模量，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，εz为力变；联立5-8解得地连墙应力的式子为：其中，E为地连墙弹性模量，ur为地连墙径向位移，R为地连墙半径。进一步的，在式子1中，所述地连墙的顶部按不等高设计，所述地连墙的总高度为23.2—33.6m，其露于凹槽体底面的长度为24.0m，深入凹槽体底面的长度为0.8—9.6m，外径为60.0m，厚度为1.2m。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套内衬。进一步的，在有限元模型底部以下7米对岩石采用水泥和水玻璃双液注浆。进一步的，所述有限元模型上方还设有一个拱座。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：本专利技术为了简化计算，指导工程实际，提出一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，该方法通过综合考虑地连墙外围土剪切系数、开挖深度、地连墙厚度以及地连墙弹性模量四个因素，得到开挖阶段地连墙最大主应力的计算方法，并将该公式用于实际工程地连墙开挖过程中的计算，结果表明，该公式具有计算简便，精度高等特点，完全能满足施工监控要求。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。由于在有限元模型底部以下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。由于所述有限元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1-2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1-2所示，一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，包括以下步骤：步骤S1：建立地连墙开挖阶段的有限元模型，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：地连墙最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，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：地连墙最大主应力的计算公式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，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：地连墙最大主应力的计算公式为：



式子1中：
stress-为地连墙最大主应力；

-为地连墙外围土剪切系数；
hk-为开挖深度；
Td-为地连墙厚度；
Ed-为地连墙弹性模量；
其中p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7为特征数，其值分别为：p1＝-0.0043，p2＝-0.00049，p3＝17810.68，p4＝2599.22，p5＝-10.56，p6＝0.14，p7＝-15246.33。


2.如权利要求1所述的一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，其特征在于：根据壳体结构的计算方法，地连墙开挖时的弯曲微分方程由薄壳理论推导得到如下式子：









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。


3.如权利要求2所述的一种开挖阶段地连墙最大主应力的简易计算方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢来坤，吴进星，李玉彬，刘世建，王龙林，郝天之，王华，彭曦，
申请(专利权)人：广西荔玉高速公路有限公司，广西交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45