专利名称：一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法
技术领域：
本发明涉及一种承压水基坑突涌破坏计算处理方法，尤其涉及一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法。
背景技术：
随着我国城市地下空间的大规模开发利用，深基坑工程日益增多，深基坑工程开挖施工的地质条件和环境条件也日益复杂，其工程事故率和损失也越来越大。据有关文献资料统计，有的地区基坑工程施工成功率只有1/3，其余2/3的基坑都或多或少存在这样或那样的问题，而且与地下水有关的基坑事故约占总事故的45% 70%。基坑工程中的地下水按其埋藏条件一般包括上层滞水、潜水和承压水这三类。其中，承压水是地表以下充满于两个稳定隔水层之间承受静水压力的含水层中的重力水，含承压水基坑在开挖施工中易产生突涌，易造成基坑底隆起变形和围护结构变形增大，影响基坑稳定，易产生管涌、流砂或流土。因此，对于软土地层的含承压水基坑，当基坑开挖深度过深或承压水头过高，基坑的抗突涌稳定性得不到满足时，则须采取一定的措施防止基坑突涌失稳。但是，如何判断承压水基坑抗突涌稳定？目前，关于承压水基坑突涌稳定性的判断分析方法，现行基坑工程规范和一般教科书里均采用了压力平衡法，该方法只考虑了承压含水层顶隔水层土体自重力引起的抗力，忽略了隔水层土体的抗剪强度，而且这种抗力在硬土隔水层中还比较大，其计算结果显然不够合理。尽管有些学者在探索采用其它方法进行研究，提出的方法有均质连续梁、板分析法，带预应力均质连续梁、板分析法，以及均质连续体法等。但在这些研究方法中，他们都将坑底隔水层土体假定为均质、连续弹性体， 分析过程中没有考虑坑内土体开挖卸载对坑底土应力状态的影响，没有考虑动水压力在坑底土和围护结构之间的渗流作用。实际工程中，软土地区含承压水基坑坑底隔水层为非均质、成层分布的弹塑性体，土体没有抗弯性能，简化成具有抗弯性能的梁或板单元模型分析显然不合理，且当隔水层土体厚度与基坑跨度之比较大时，简化成梁或板单元模型分析与梁、板定义也不符；另一方面，基坑内土体开挖卸载和承压水在坑底土与围护结构之间的渗流作用也会加速促进坑底土产生突涌塑性破坏。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，通过考虑基坑开挖效应和降压渗流效应的耦合作用，考虑坑周土抗剪强度、非均质性和弹塑性，来提高基坑突涌破坏判断的准确性。为此，本发明采用以下技术方案
一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，包括以下步骤 1)选取基坑降压渗流场和开挖应力场模型计算范围；2)定义计算范围内坑周土材料属性；对于降压渗流场，假定坑周土为非均质、各向异性、成层分布，渗流为二维稳定平面流，且渗流符合达西定律；
对于开挖应力场，假定坑周土是非均质、各向同性、成层分布的弹塑性体，土体塑性屈服破坏服从Mohr — Coulomb准则。3)用有限元程序创建几何实体模型，进行单元离散化；所述的基坑几何实体模型中自下而上为承压含水层、弱透水层和潜水层，且设有基坑围护结构和钢支撑；
4)设定基坑降压渗流场和开挖应力场模型边界条件；
权利要求
1.一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于包括以下步骤1)选取基坑降压渗流场和开挖应力场模型计算范围；2)定义计算范围内坑周土材料属性；对于降压渗流场，假定坑周土为非均质、各向异性、成层分布，渗流为二维稳定平面流，且渗流符合达西定律；对于开挖应力场，假定坑周土是非均质、各向同性、成层分布的弹塑性体，土体塑性屈服破坏服从Mohr — CouIomb准则；3)用有限元程序创建几何实体模型，进行单元离散化；所述的基坑几何实体模型中自下而上为承压含水层、弱透水层和潜水层，且设有基坑围护结构和钢支撑；4)设定基坑降压渗流场和开挖应力场模型边界条件；5)对基坑模型进行开挖与降压耦合效应的有限元模拟计算；6)根据计算结果得出承压水基坑坑周土突涌塑性破坏分布图，判断基坑是否突涌。
2.根据权利要求1所述的一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于，所述的步骤1)中的模型计算范围选取原则为模型宽度根据基坑开挖和降压的影响范围、及基坑结构对称性确定；模型高度取基坑承压含水层底至基坑顶面高度。
3.根据权利要求1所述的一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于，所述的步骤3)中的几何实体模型，坑周土采用二维实体单元离散，围护结构和钢支撑分别采用梁单元和杆单元离散。
4.根据权利要求1所述的一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，其特征在于，所述的步骤4)中的模型边界条件处理为对于降压渗流场，模型边界条件为坑底边界视为隔水边界，沿基坑断面两侧视为第一类给定水头边界，基坑围护结构视为不透水边界；对于开挖应力场，模型边界条件为沿基坑横断面两侧边界视为竖向滑动，坑顶视为自由边；坑底视为固支约束。
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全文摘要
本发明涉及一种承压水基坑开挖与降压耦合效应的突涌破坏计算处理方法，包括以下步骤1)选取基坑降压渗流场和开挖应力场模型计算范围；2)定义计算范围内坑周土材料属性；3)用有限元程序创建几何实体模型，进行单元离散化；4)设定基坑降压渗流场和开挖应力场模型边界条件；5)对基坑模型进行开挖与降压耦合效应的有限元模拟计算；6)根据计算结果得出承压水基坑坑周土突涌塑性破坏分布图，判断基坑是否突涌。与现有技术相比，本发明考虑了基坑开挖效应和降压渗流效应的耦合作用，考虑了坑周土抗剪强度、非均质性和弹塑性，弥补了现有基坑突涌评判方法的不足，提高了基坑突涌破坏判断的准确性和可靠性。
文档编号E02D33/00GK102322078SQ20111016337
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者丁春林, 叶丹, 朱恺, 杨新安, 王东方, 舒进 申请人:同济大学