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1、悬臂式桩板墙稳定性极限分析陈豫川(中国港湾工程有限责任公司,北京100027)摘要:采用极限分析上限定理,假定滑面为通过墙趾的对2内能耗散率及外力功率数螺旋滑面,采用水土分算的方法,作用在桩板墙的侧向水[1-4]根据文献对库伦材料窄过渡层的运动学含义分析,压力采用静水压力进行计算,作用在桩板墙后的土压力为主流动法则要求切向速度变化必须伴随分离速度。对于采用动土压力,作用在桩板墙前的土压力为被动土压力,推导出服从关联流动法则和库伦屈服准则的岩土体,由于c-φ土桩板墙支护基坑安全系数的表达式。采用数值模拟的方法的分离要求,所以对数螺旋面是适用的。假定一个如
2、图1所对推导的表达式的适用性进行验证。利用推导出的表达式,示的悬臂式桩板墙支护基坑的破坏机构,该破坏机构是一个分析了土体物理力学参数对安全系数的影响。对数螺旋旋转间断面,旋转中心为O。假定坑顶和坑底的地关键词:桩板墙;极限分析;稳定性下水位都在地表。中图分类号:U213文献标志码:A文章编号:1672-4011(2017)02-0054-03基准线OA和OB的倾角分别为θ0和θh,长度为r0和DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2017.02.025r。基坑开挖深度为H,桩板墙进入坑底深度为αH,AC段长h0前言度为L。对数螺旋面
3、的方程为:(θ-θ0)tanφr(θ)=r·e(1)0悬臂式桩板墙较常采用钢板桩,其施工造价低、施工速那么基准线OB的长度为:度快以及绿色环保,现广泛运用于深度较小的多水软土地层r=r·e(θh-θ0)tanφ(2)h0基坑。基坑的稳定性可以采用安全系数来表达,传统的安全有如下的几何关系:系数的计算一般采用极限平衡法。本文采用极限分析上限rcosθ-rcosθ=L(3)00hh定理,考虑了侧向水压力的作用,运用能耗分析推导出悬臂rsinθ-rsinθ=H(4)hh11式桩板墙支护基坑安全系数的表达式。式中,φ为边坡岩土内摩擦角。1)重力功率。根据前述相
4、关几何关系,重力功率W表1理论依据g达式为:极限分析上限定理基于虚功原理,在一定的破坏模式3W=γωr·(f-f-f)(5)g0123下,正功率和负功率之和大于零,岩土体会滑动。采用极限式中,γ为土体重度;ω为滑体绕O点旋转的角速度;fi[3]分析求得上限解所需要假定的条件主要是:①力学边界条Sx=ii为f,是关于θ、θ的函数,S、x分别如式(6)~件适用于破坏机构;②岩土体是理想塑性材料,不存在强化i30hiir0以及软化;③服从关联流动法则。(11)所示。本文的桩板墙支护基坑的滑面采用对数螺旋面,其破坏S=1r2∫θhe2(θ-θ0)tanφdθ机
5、构如图1所示。120θ02r=0[2(θh-θ0)tanφ-1](6)e4tanφ1S=Lrsinθ(7)22001S=Hrcosθ(8)32hhθh13∫rcosθdθθ03x=11θh2∫rdθθ024rtanφ=0·22(θh-θ0)tanφ-1)3(1+9tanφ)(e图1桩板墙支护基坑旋转破坏机构+sinθ3(θh-θ0)tanφ(3tanφ·cosθ)·ehh-(3tanφ·cosθ+sinθ)](9)001x=(2rcosθ-L)(10)2300收稿日期:2016-12-21作者简介:陈豫川(1989-),男,河南信阳人,助理工程师,主要
6、从事2x=rcosθ(11)4hh国际工程项目管理工作。3·54·2)沿滑面能量耗散率。发生在间断面AB上的能量耗散4算例率,等于其面积与粘聚力c以及切向速度Vcosφ的乘积。因1)算例计算。采用一开挖深度为5m的基坑如图2所此,总的内能耗散率D可以沿整个间断面进行积分后得到:c12示,钢板桩支护,钢板桩进入坑底深度3m,则α=0.6。由于D=crωf(12)c1043地下水位均位于地表,采用的浮重度γ′=9080N/m,采用式中,c为土的粘聚力;有效应力下的抗剪强度指标c′=10kPa和φ′=25°。f—f=1[e2(θh-θ0)tanφ-1]442
7、tanφ对该算例采用Excel的规划求解功能求解安全系数,得3)土压力功率。以图1方向旋转失稳的破坏机构,作用到安全系数为1.64,其破坏模式如图3所示。在桩板墙后的土压力为主动土压力,作用在桩板墙前的土压力为被动土压力,只考虑桩板墙作用在滑体ABC上的力的功率。基坑开挖范围内的主动土压力合力为:2122cE=γHK-2cHK+(13)a2aaγ2φ式中,E、K=tan45°-aa(2)主动土压力合力作用点到O点的垂直距离为:(2H+z)=r+0zsinθ(14)1003式中,z、z=2c图2算例示意图图3算例最危险滑面/m10γKa3d2)数值模拟验
8、证。采用FLAC对图2算例用数值模拟所以土压力所做的功率为:的方法进行计算,模型的网格划分如图
