一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法技术

本发明专利技术公开了一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，包括以下步骤：结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数；根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数；根据里茨法，最小势能原理和土压力理论确定系数矩阵；根据最小势能原理得到矩阵方程；将系数矩阵带入矩阵方程，求解地下连续墙侧向变形函数；本发明专利技术的优点是：计算结果的精度高，计算速度快，为实际施工中的内支撑布置方式、开挖步、地连墙厚度和插入比提供优化设计指导。计指导。计指导。

【技术实现步骤摘要】
一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法


[0001]本专利技术涉及基坑围护结构侧向变形模拟计算
，特别涉及一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法。

技术介绍

[0002]随着城市地下空间的发展，带有内支撑的地下连续墙支护形式在基坑工程领域，得到广泛的应用。而在我国，地下管线错综复杂，深基坑的开挖必然对周边环境产生不利影响。若基坑稳定问题处理不当，将造成重大工程事故。因此，从限制基坑变形及施工安全的角度出发，研究如何准确地计算和预测基坑侧向变形意义重大。并且，对于内支撑的布置形式、地连墙厚度和入土深度等影响地下连续墙侧向变形的参数都需要进行合理设计，这也要求对围护结构侧向变形计算和预测的精确性。
[0003]现有的获得地下连续墙变形的方法主要有现场监测或有限单元法，然而现场监测只能得到部分墙体的变形，不能把握地下连续墙的整体变形特征；而有限单元法虽然能更加精确的得到墙体的整体变形情况，但是其计算较为复杂，参数设置经验性强，对实际工程设计指导有限。
[0004]三阶剪切变形理论相较于弹性薄板理论能够更精确的考虑地下连续墙厚度对墙体侧向变形的影响，因此其计算结果可靠度高。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，能在保证计算速度快的前提下，更加精确的得到墙体的整体变形情况，从而进一步为实际施工中的内支撑布置方式、地连墙厚度和插入比提供优化设计指导。
[0006]为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，包括以下步骤：
[0008]第一步，结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数；
[0009]第二步，根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数；
[0010]第三步，根据pb
‑
2里茨法，最小势能原理和土压力理论确定系数矩阵；根据最小势能原理得到矩阵方程；
[0011]第四步，将系数矩阵带入矩阵方程，求解地下连续墙侧向变形函数；
[0012]第五步，将求解值和实测值对比，验证参数取值以及计算是否正确；若不正确回到步骤二，若正确即执行步骤六；
[0013]第六步，修改地下连续墙厚度、内支撑布置形式和入土深度进行参数分析；
[0014]第七步，在完成上述步骤，并确实无误后，即可在施工前进行地下连续墙变形结果预测。
[0015]进一步地，第一步中结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、
支撑体系的几何与物理力学参数，采用土压力理论计算主动土压力，利用线弹性“m”法计算被动土压力，内支撑以弹性杆件模拟。
[0016]进一步地，第二步中根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数为：
[0017][0018][0019]w(x,y,z)＝w0(x,y)
[0020]式中，u0(x,y)为中面沿y轴的位移，v0(x,y)为中面沿x轴的位移，w0(x,y)为中面沿z轴的位移，θ(x,y)为沿y轴的弯曲斜率，为沿x轴的弯曲斜率，c1为
[0021]进一步地，第三步中根据pb
‑
2里茨法，确定变形函数中的u0(x,y)、v0(x,y)、w0(x,y)、θ(x,y)和的表达式如下：
[0022][0023][0024][0025][0026][0027]式中，φ
xi
(x,y)、φ
yi
(x,y)、φ
zi
(x,y)、ψ
xi
(x,y)和ψ
yi
(x,y)为若干仅与x，y有关的函数；a
i
、b
i
、c
i
、d
i
和e
i
为可求解的未知参数；m、n、l、o和p为未知参数的个数
[0028]进一步地，第四步中结合实际工况的支撑条件和土层信息得到势能的表达式，如下：
[0029]E
p
＝U
‑
J
[0030]式中，U为地下连续墙的应变能，与上述设立的变形函数有关；J为外荷载做功，包括内支撑做功、主动土压力做功和被动土压力做功。
[0031]进一步地，第四步中根据最小势能原理和得到如下矩阵方程。
[0032][0033]式中，[K]为五个求解未知参数的系数刚度矩阵；中中和
[0034]进一步地，第四步中在利用矩阵方程求取得未知参数c
i
之后，将其代入之中，可以得到地下连续墙的整体侧向变形情况。
[0035]进一步地，所述土压力做功计算可以结合不同的土压力理论，从而提高计算结果的精度。
[0036]进一步地，所述计算结果的精度与未知参数的数量m、n、l、o和p有关，在实际计算中，可以通过增加参数个数的方法来提高计算的精度，但是个数过多可能会造成计算效率下降，因此取合适的参数个数，在保证计算精度的前提下，提高计算的速度。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0038]充分考虑三阶剪切变形理论和地连墙变形受力的特点，提出将地连墙视为三阶剪切变形板的模型，并实现了模拟计算侧向变形的方法。在该方法中，可以根据不同的工况类型，将支撑形式、土压力计算等方便的嵌入计算模型，结合三阶剪切变形板理论、里茨法和最小势能原理计算出整个墙体的受力变形，本专利技术计算结果的精度高，计算速度快，为实际施工中的内支撑布置方式、开挖步、地连墙厚度和插入比提供优化设计指导。
附图说明
[0039]图1为本专利技术实施例的坐标系示意图；图1中的h为地下连续墙厚度，L为地下连续墙与地面平行方向的长度，H为地下连续墙与地面垂直方向的长度；
[0040]图2为本专利技术实施例的计算流程示意图；
[0041]图3为本专利技术实施例的计算简图；
[0042]图4为本专利技术实施例的计算结果得到的地下连续墙的整体变形示意图；
[0043]图5为本专利技术实施例的墙体变形结果与施工监测值对比示意图。
具体实施方式
[0044]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0045]如图1所示，按照图中三阶剪切变形板建系方式建立坐标系，图中的h为地下连续墙厚度，L为地下连续墙与地面平行方向的长度，H为地下连续墙与地面垂直方向的长度；
[0046]如图2所示，一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，包括以下步骤：
[0047]第一步，结合实际工况，获取计算对象的参数，包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数，采用土压力理论计算主动土压力，利用线弹性“m”法计算被动土压力，弹性杆件模拟内支撑。
[0048]第二步，根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数；第二步，根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数；第三步，根据pb
‑
2里茨法，最小势能原理和土压力理论确定系数矩阵；根据最小势能原理得到矩阵方程；第四步，将系数矩阵带入矩阵方程，求解地下连续墙侧向变形函数；第五步，将求解值和实测值对比，验证参数取值以及计算是否正确；若不正确回到步骤二，若正确即执行步骤六；第六步，修改地下连续墙厚度、内支撑布置形式和入土深度进行参数分析；第七步，在完成上述步骤，并确实无误后，即可在施工前进行地下连续墙变形结果预测。2.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第一步中结合实际工况，获取计算对象的参数，参数包括土层、地连墙、支撑体系的几何与物理力学参数，采用土压力理论计算主动土压力，利用线弹性“m”法计算被动土压力，内支撑以弹性杆件模拟。3.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第二步中根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数为：其特征在于：第二步中根据三阶剪切变形板理论确定地下连续墙的变形函数为：w(x,y,z)＝w0(x,y)式中，u0(x,y)为中面沿y轴的位移，v0(x,y)为中面沿x轴的位移，w0(x,y)为中面沿z轴的位移，θ(x,y)为沿y轴的弯曲斜率，为沿x轴的弯曲斜率，c1为4.根据权利要求1所述的一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法，其特征在于：第三步中根据pb
‑
2里茨法，确定变形函数中的u0(x,y)、v0(x,y)、w0(x,y)、θ(x,y)和的表达式如下：的表达式如下：的表达式如下：的表达式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：童立红，郭望龙，丁海滨，徐长节，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：