基坑工程中地基土水平抗力比例系数m值的反分析
7页1、南 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 1 9 9 8 年Journal of Nanjing Architectural and 第 2 期Civil Engineering InstituteSum No. 45基坑工程中地基土水平抗力比例 系数m 值的反分析?王旭东1) 黄力平2) 阮永平1) 徐建龙1)( 1) 南京建筑工程学院勘测系, 南京, 210009; 2) 深圳市勘察研究院, 深圳, 518026; 第一作者 35 岁, 男, 副教授)摘 要 提出一种建立在弹性抗力法基础上的地基土水平抗力系数的比例系数 m 值 的反分析方法。根据基坑施工监测资料, 用非线性单纯形方法反演地基土的m值, 实例分析证明该方法简单可靠, 易于实际工程应用。关键词 深基坑; 反分析; 比例系数m值中图号 T U473. 12基坑工程设计中, 弹性抗力法( m 法) 已作为支护结构位移和内力计算的推荐方法被多本规范( 指南) 采用。 由弹性抗力法建立的深基坑计算分析方法能较好地模拟基坑开挖过程 1, 在 实际工程中得到广泛应用。弹性抗力法计算中 m 值的取值是关键, 它直接影响着支护结构位移和
2、内力的计算结果。 目前 m 的取值通常由经验公式 2和查表 3, 4来确定。 为了解决由于采用不同的计算公式和不同的规范在 m 的取值上存在的差异问题, 本文提出一种建立在弹性抗力法基础上的地基土水平抗力系数的比例系数 m 值的反分析优化方法, 根据基坑施工监测资 料, 通过非线性优化方法反演地基土的 m 值, 从而使地基土 m 值的确定建立在更合理可靠的基础上, 它将提高计算分析的精度, 有助于工程经验的积累。同时对设计方案和设计参数的合理性进行验证, 并以此为依据修改设计和施工组织方案, 对建立完整的深基坑信息化施工方案有着十分重要意义。1 基坑开挖支护结构分析方法的建立根据基坑开挖过程中的不同工况( 如图 1) , 同时考虑基坑开挖产生的初始位移对支撑的 影响及先支撑后开挖的施工原则, 分别建立符合实际开挖过程的计算分析方法。在某一开挖工况下, 根据土层分布、 支撑及开挖面位置, 将支护桩分为 k 个单元, 分别对每一单元建立相应的坐标系( 如图 2 所示) 。则各单元的挠曲微分方程可表示为:开挖面以上EId4yi dz4i= ea( zi) bs 0zihi i= 1k- 1(
3、 1)?收稿日期: 1997- 08-22图 1 基坑开挖过程的不同工况开挖面以下EId4yk dz4 k+ mzkb0yk= eah0bs 0zkh0( 2)式中: EI 桩的抗弯刚度;m地基土水平抗力系数的比例系数, 地基土水平抗力系数 ks= mzk; bs主动土压力的计算宽度, 排桩取桩间距, 地下连续墙取单位宽度; b0支护桩计算宽度, 排桩方形按 b0= 1. 5b+ 0. 5, 圆形按 b0= 0. 9( 1. 5d+ 0. 5) 确定,确定的计算宽度不应大于排桩间距, 地下连续墙取单位宽度; ea( zi) 开挖面以上第 i 个单元桩侧主动土压力强度分布函数, 采用朗肯土压力理论 计算;eah0开挖面以下桩侧主动土压力强度分布函数。 ( 1) 式和( 2) 式的通解可表示为:yiyiy iy?i=1ziz2iz3i12zi3z2 i26zi6ai1ai2ai3ai4+1 EITi( zi)Si( zi)Ri( zi)Qi( zi)i= 1k- 1( 3)ykykyky? k=1 EI?x ?2Ax ?3Ex ?4? ?A? ?2E? ?3?m 1Am ?Em ?2? B
4、QAQEQ ?M0Q0eah0( 4)49第 2期 王旭东等: 基坑工程中地基土水平抗力比例系数m值的反分析式中ai1、 ai2、 ai3和 ai4为待定积分常数; Qi( zi) 、 Ri( zi) 、 Si( zi) 和 Ti( zi) 为荷载函数, 分别为Qi( zi) =zi0eai( zi) ?dziRi( zi) =?zi0eai( zi) ?( dzi)2Si( zi) =?zi0eai( zi) ?( dzi)3Ti( zi) =?zi0eai( zi) ?( dzi)4Qi( zi) 、 Ri( zi) 、 Si( zi) / EI 和 Ti( zi) / EI 分别表示 i 单元上从坐标原点到 zi范围内作用在桩侧的主动土压力对 zi截面产生的剪力、 弯矩、 相对于原点的转角和水平位移。Bx、 B?、 Bm、 BQ、 Ax、 A?、 Am、 AQ、 Ex、 E?、 Em、 EQ为按“ m” 法计算时的无量纲系数 5, ?=5mb0 EI为桩的变形系数。M0和Q0分别表示开挖面处的桩的弯矩和剪力, 待定。图 2 基坑开挖分析计算模型同时引入桩顶边界条件和支撑点处( 或
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