一种水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法及系统，根据对称性取基坑半截面进行计算分析，建立地下水位波动条件下、悬挂式不透水挡墙支护的单层土层中基坑二维几何模型；以基坑挡墙及墙底水平线为界线，将基坑周围渗流场分为三个规则的区域，基于渗流理论基础，建立分区域内的控制平衡方程；将建立的单层土层中基坑二维几何模型结合基坑二维渗流基本假定，得到基坑渗流场各分域的边界条件，利用分离变量法将各区域孔压表示为级数和的形式；利用区域间的连续条件建立矩阵方程组，求解得到孔压解析式中的常数项及级数项，代入孔压的表达式，得到基坑周围土体的孔压完整解析解。本发明专利技术为基坑设计提供一定工程参考。参考。参考。

An analytical method and system for pore pressure of soil around single-layer soil foundation pit under water level fluctuation

【技术实现步骤摘要】
一种水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法及系统


[0001]本专利技术涉及土建工程基坑解析
，尤其公开了一种地下水位波动条件下，悬挂式不透水挡墙支护的水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法及系统。

技术介绍

[0002]随着时代发展，各种地下工程的兴建促使了大量的深基坑工程的产生，为了充分利用海洋等丰富水资源，大力发展沿海城市群，许多建设于滨海、沿江地区的深基坑工程，在建设中出现了一系列亟待解决的新问题。当基坑内、外存在水位差时，地下水会发生渗流，地下水渗流对基坑工程的稳定和变形具有显著影响，各种研究资料表明渗流作用是很多基坑工程失事的主要原因。如何解决地下水渗流问题已成为基坑工程中研究的热点和难点问题之一。
[0003]临近于水位波动变化的海水或者江水，基坑地下水会与其产生较强的直接水力联系，地下水渗流是影响基坑工程稳定与变形的重要因素，也是管涌、流土等事故发生的重要原因。因此研究地下水位波动下的基坑周围土体孔压响应规律，得出基坑宽度、支护墙入土深度以及渗透系数等参数等对基坑周围土体孔压分布的影响情况，对于实际工程应用非常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法，其特征在于，包括以下步骤：根据对称性取基坑半截面进行计算分析，建立地下水位波动条件下、悬挂式不透水挡墙支护的单层土层中基坑二维几何模型；以基坑挡墙及墙底水平线为界线，将基坑周围渗流场分为三个规则的区域，基于渗流理论基础，建立分区域内的控制平衡方程；将建立的单层土层中基坑二维几何模型结合基坑二维渗流基本假定，得到基坑渗流场各分域的边界条件，利用分离变量法将各区域孔压表示为级数和的形式；利用区域间的连续条件建立矩阵方程组，求解得到孔压解析式中的常数项及级数项，代入孔压的表达式，得到基坑周围土体的孔压完整解析解。2.如权利要求1所述的水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法，其特征在于，所述以基坑挡墙及墙底水平线为界线，将基坑周围渗流场分为三个规则的区域，基于渗流理论基础，建立分区域内的控制平衡方程的步骤包括：建立所述单层土层中基坑二维几何模型下的控制平衡方程，所述控制平衡方程的方程式描述为：其中，孔压p
′
i
(x，z，t)是有关位置变量x、z与时间变量t的函数，i＝1，2，3代表基坑分成的三个规则的区域，α1＝c
v
为饱和土体的固结系数。3.如权利要求2所述的水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法，其特征在于，所述将建立的单层土层中基坑二维几何模型结合基坑二维渗流基本假定，得到基坑渗流场各分域的边界条件，利用分离变量法将各区域孔压表示为级数和的形式的步骤包括：将建立的单层土层中基坑二维几何模型结合基坑二维渗流基本假定、以及区域间的连续条件，得到各分区域的边界条件，各分区域的边界条件的表达式分别为：第一区域的边界条件的表达式：第一区域的边界条件的表达式：其中，p
′1为第一区域某点超静孔压，p0为上边界孔压波动幅值，L
e
为基坑支护墙到模型左边界趋近于无穷远处的距离，d1为第一区域土层厚度；第二区域的边界条件的表达式：第二区域的边界条件的表达式：其中，p
′2为第二区域某点超静孔压，d2为第二区域土层厚度；第三区域的边界条件的表达式：
其中，p
′3为第三区域某点超静孔压，L
e
为基坑支护墙到模型左边界趋近于无穷远处的距离，b为基坑半宽度。4.如权利要求3所述的水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法，其特征在于，所述将建立的单层土层中基坑二维几何模型结合基坑二维渗流基本假定，得到基坑渗流场各分域的边界条件，利用分离变量法将各区域孔压表示为级数和的形式的步骤包括：利用分离变量法将各分区域内的孔压分布表示为级数解的形式，所述孔压的表达式为：p
′
i
＝p
i
e
iωt
其中，p
′
i
为各区域内某点的超静孔压，i＝1，2，3，p
i
为各区域内某点仅与位置有关的超静孔压，ω为波动频率；第一区域孔压的表达式为：其中，P1(x，z)为第一区域内某点仅与位置有关的超静孔压，A
n
为级数项待求系数，k
nt2
为k
n
为k1为α1＝c
v
为饱和土体的固结系数，p0为边界孔压波动幅值，z为纵坐标，d1为第一区域土层厚度；第二区域孔压的表达式为：其中，P2(x，z)为第二区域内某点仅与位置有关的超静孔压，B
m
为级数项待求系数，k
mt2
为B0为常数项待求系数，k
m
为k1为z为纵坐标，d2为第二区域土层厚度；第三区域孔压的表达式为：其中，P3(x，z)为第三区域内某点仅与位置有关的超静孔压，C
k
为级数项待求系数，k
kt2
为k
k
为L
e
为基坑支护墙到模型左边界趋近于无穷远处的距离，k1为C0为常数项待求系数，z为纵坐标，L为支护墙底至不透水层距离；A0、B0、C0、A
n
、B
m
和C
k
，分别为第一区域、第二区域、第三区域的孔压解中的待求参数，由渗流连续条件确定。
5.如权利要求4所述的水位波动下单层土基坑周围土体孔压解析方法，其特征在于，所述利用区域间的连续条件建立矩阵方程组，求解得到孔压解析式中的常数项及级数项，代入孔压的表达式，得到基坑周围土体的孔压完整解析解的步骤包括：利用傅里叶级数的正交性和区域间的连续条件，得出各参数的关系式；所述区域间的连续条件为：p
′1|
z＝0
＝p
′3|
z＝0
，x∈[
‑
L
e
，0]p
′2|
z＝0
＝p
′3|
z＝0
x∈[0，b]其中，k为土体渗透系数，p
′1为第一区域某点超静孔压，p
′2第二区域某点超静孔压，p
′3为第三区域某点超静孔压，L
e
为基坑支护墙到模型左边界趋近于无穷远处的距离，b为基坑半宽度；得出的各参数的关系式为：出的各参数的关系式为：其中，C
k
为第三区域孔压解级数项待求系数，k
kt2
为k
k
为L
e
为基坑支护墙到模型左边界趋近于无穷远处的距离，C0为第三区域孔压解常数项待求系数，k1为L为支护墙底至不透水层距离，A
n
为第一区域孔压解级数项待求系数，k
nt2
为d1为第一区域土层厚度，k
n
为A0为第一区域孔压解常数项待求系数，k1为p0为边界孔压波动幅值，L
e
为基坑支护墙到模型左边界趋近于无穷远处的距离，B
m
为第二区域孔压解级数项待求系数，k
mt2
为d2为第二区域土层厚度，k
m
为B0为第二区域孔压解常数项待求系数，b为基坑半宽度；
由傅里叶级数的定义确定常数项A0、B0和C0，常数项A0、B0和C0的表达式为：的表达式为：的表达式为：其中，A0为第一区域孔压解常数项待求系数，p0为边界孔压波动幅值，L
e
为基坑支护墙到模型左边界趋近于无穷远处的距离，k1为d1为第一区域土层厚度，d2为第二区域土层厚度，C0为第三区域孔压解常数项待求系数，b为基坑半宽度，L为支护墙底至不透水层距离；由各参数的关系式，确定级数项A
n
、B
m
和C
k
，级数项A
n
、B
m
和C
k
的方程表达式为：的方程表达式为：的方程表达式为：的方程表达式为：
其中，A
n
为第一区域孔压解级数项待求系数，L
e
为基坑支护墙到模型左边界趋近于无穷远处的距离，k
nt2
为d1为第一区域土层厚度，C
k
为第三区域孔压解级数项待求系数，k
kt2
为k
k
为k
n
为B
m
为第二区域孔压解级数项待求系数，k
m
为b为基坑半宽度，k
mt2
为d2为第二区域土层厚度，C
k
为第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫全，门彬，肖金明，马彦征，曾乐，李东东，关劼兮，余俊，陈伟彬，邓鹏兵，杨鑫歆，张志中，
申请(专利权)人：中铁城建集团有限公司，
类型：发明
国别省市：