【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下结构设计领域，具体设计一种考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法。
技术介绍
1、随着城市化进程的推进，土地资源日益紧张，继而推动地下空间的不断发展，基坑工程数量激增且出现大、紧、深的发展趋势。基坑开挖必然会对周边土体产生扰动，土体原有应力平衡被打破，土体的侧向变形使得邻近桩基产生移动和变形，甚至受损、破坏，国内外类似工程案例已有不少。因此如何准确的评估基坑开挖引起邻近桩基的受力和变形显得尤为重要。
2、针对基坑开挖引起邻近桩基附加变形及内力的现有方法主要有数值分析、室内试验及理论研究。数值模拟法能够将围护结构与周边环境作为一个整体进行分析，能较好的模拟桩-土间复杂的相互作用，但数值模拟方法所得邻近桩基响应规律的准确性取决于土体参数取值的合理性，且建模复杂，工作量较大；模型试验法试验结果较为直观，能较好的还原真实的土体应力场，但其制样复杂，花费较高；而理论方法原理清晰，计算时长较短，但现有的理论研究基本都基于二维平面假设，而基坑开挖引起的基坑变形及坑外土体土压力分布都具有显著的空间效应，基坑边角处围护结构水平变形和被动土压力最小，在基坑中部达到最大，现有理论研究未考虑基坑周边位移场和应力场的空间分布效应对邻近桩基的影响，因此与实际情况存在较大差异。
技术实现思路
1、基于上述
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术提供一种考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法。该方法能够较好地还原基坑开挖的实际情况以及桩基的响应。
2、本专利技术采用以下技
3、一种考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法,包括以下步骤：
4、(1)确定围护墙侧向变形空间分布曲线；
5、(2)确定由基坑空间变形诱发的坑外土体自由位移场；
6、(3)采用pasternak地基及euler-bernoulli梁模型确定邻近桩基变形控制方程。
7、上述技术方案中，进一步地，所述的步骤(1)中，围护墙侧向变形空间分布表示如下：
8、
9、0≤y≤l,0≤z≤h+d
10、式中：t＝0.5l[0.069ln(h/l)+1.03]；fmax为围护墙侧向变形最大值；y为水平向位置；z为计算点埋深；h为基坑开挖深度；d为围护墙插入深度；l为围护墙沿墙方向的长度；hmax为围护墙侧向变形最大值所在埋深hmax＝h。
11、进一步地，所述的步骤(2)具体为：
12、采用影像源法建立三维模型，构建一个半径为a的孔隙以及半径大于a且与所述孔隙同心的外侧球体：当孔隙收缩时，外侧球体随着向内收缩；当孔隙膨胀时，外侧球体也随之向外膨胀；
13、围护墙(0,y0,z0)处的围护墙变形为f(0,y0,z0)，y0为沿基坑长度方向的坐标，z0为沿基坑深度方向的坐标；将坑外某点p1(x1,y1,z1)假设为所述外侧球体上的一个点，孔隙收缩后，外侧球体收缩径向位移为sr，此时满足：
14、
15、其中，r为孔隙圆心与p1(x1,y1,z1)之间的距离；由于sr相较于r很小，则舍去高阶无穷小量后p1(x1,y1,z1)处土体位移分量为
16、
17、同理可得孔隙膨胀产生的各土体位移分量；
18、叠加孔隙收缩产生的位移后得到法向应力产生的土体位移为：
19、
20、式中，
21、接着求解切应力产生的土体位移，先要求得切应力大小，由弹性力学知识可知：
22、
23、式中，γzx与τzx分别为地表剪应变与剪应力，g为土体剪切模量；
24、孔隙收缩或膨胀在(x,y,0)处引起的切应力的计算式如下：
25、
26、当水平集中力作用于地表时，水平集中力在任意点产生的位移可由cerruti问题位移解求得，但cerruti问题位移解只给出了水平集中力作用在坐标原点时的表达式，而切应力并不只作用于坐标原点，因此建立整体坐标系oxyz及局部坐标系o′x′y′z′、o″x″y″z″；由cerruti问题位移解可得，当水平集中力f作用于局部坐标系o′x′y′z′(0，0，0)处时，在p1′(x1′，y1′，z1′)处的位移分量如下：
27、
28、式中，e与ν分别为土体弹性模量和泊松比；
29、将切应力反向施加于地表，令df＝τzxdxdy，又易知x1′＝x1-x，y1′＝y1-y，z1′＝z1，从而可得当τzx作用于全局坐标系oxyz(x,y,0)处，p1(x1,y1,z1)处产生的x方向的土体位移为：
30、
31、式中，
32、代入τzx将式(7)进一步简化，并对整个地表上的切应力τzx进行积分可得：
33、
34、s1_x为整个地表面上切应力τzx产生的x方向的土体位移；
35、当τzy作用于局部坐标系o″x″y″z″(0，0，0)处时可套用公式(6)中sy′算法，同时易知x1″＝y1′，y1″＝-x1′，z1″＝z1′，再利用公式(7)可得整个地表上切应力τzy引起的p1(x1,y1,z1)处x方向的土体位移s2_x为
36、
37、从而得到为消除切应力而引起p1(x1,y1,z1)处x方向的土体位移，叠加收缩孔隙或膨胀孔隙、以及反向施加切应力产生的位移，可得由(0,y0,z0)处土体损失引起坑外p1(x1,y1,z1)处x方向的土体位移计算式如下：
38、s_xi＝sσ_x+s1_x+s2_x (10)
39、考虑到基坑开挖使得围护墙两侧土体不满足无限半空间条件，作镜像处理转换成无限半空间问题，原问题转化为引起2f(0,y0,z0)的地层损失下任意点变形的求解；将围护墙划分为n个微元，每个微元大小为dy0dz0，利用等效体积原理，将每一微元的体积等效为球体体积：
40、
41、将公式(11)代入公式(10)消去a可得基坑开挖引起的坑外p1(x1,y1,z1)处x方向的土体位移：
42、
43、进一步地，所述的步骤(3)具体为：
44、将桩基视为pasternak地基上的euler-bernoulli梁，微分变形控制方程如下：
45、
46、式中，epip和de分别为桩的抗弯刚度和等效宽度，w(z)为桩基附加侧向变形，q(z)为基坑开挖引起桩基处的附加荷载，其计算公式如下：
47、
48、式中，sx为土体侧向位移；k、gs为pasternak地基的两个参数，分别为地基反力模量和剪切层刚度：
49、
50、
51、式中：η为深度参数，h为桩体埋深，es与ν分别为地基土弹性模量和泊松比，对于多层土，按土层厚度取加权平均值；
52、
53、式中，t为剪切层厚本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法,其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法,其特征在于，所述的步骤(1)中，围护墙侧向变形空间分布表示如下：
3.根据权利要求1所述的考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法,其特征在于，所述的步骤(2)具体为：
4.根据权利要求1所述的考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法,其特征在于，所述的步骤(3)具体为：
【技术特征摘要】
1.一种考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法,其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑基坑开挖空间效应的邻近桩基变形计算方法,其特征在于，所述的步骤(1)中，围护墙侧向变形空间分布表示如下：
【专利技术属性】
技术研发人员：黄山，俞建霖，刘玉涛，周佳锦，应晓阳，过锦，龚晓南，詹晓波，杨萤，
申请(专利权)人：中天建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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