一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法和装置与流程

1.本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法和装置。

背景技术：

2.基坑稳定性分析是基坑设计的关键环节之一，行业内主要是依据《建筑基坑支护技术规程》(jgj 120-2012)相关规定，对基坑的整体稳定性、抗隆起稳定性、抗倾覆稳定性等方面进行检算。其中，采用锚拉式或支撑式支挡结构的基坑的抗隆起稳定性检算方法包括2方面：
3.(1)基坑外侧土重大于基坑内侧土体的抗剪强度，使得土体产生滑动而导致坑内土体产生向上隆起破坏，对应基坑墙底抗隆起稳定性分析。规范提供的墙底抗隆起稳定性检算公式如下：
[0004][0005][0006][0007]
(2)假设基坑内外侧土体沿穿过支挡结构底部的圆弧形滑动面发生滑移而导致基坑踢脚破坏，对应基坑坑底抗隆起稳定性分析。规范提供的坑底抗隆起稳定性检算公式如下：
[0008][0009]
参见图1所示，为现有的第2种稳定性分析方法，该方法存在以下不足：
[0010]
假设基坑为半无限体，圆弧滑动面由坑底土体滑出，没有考虑对侧土体的自重的有利作用。该假设比较符合建筑类基坑，因为建筑类基坑开挖宽度远大于开挖深度。但对于地下铁道、公路隧道、铁路隧道、市政隧道等基坑通常呈狭长型分布，基坑开挖宽度往往小于开挖深度，与上述假设不符合，如果仍按上述假设计算，可能造成支挡结构所需嵌固深度过大，造成设计浪费。

技术实现要素：

[0011]
针对现有技术中存在的缺陷，本发明第一方面提供一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其可避免支挡结构嵌固过深，具备更好的社会效益和经济效益。
[0012]
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
[0013]
一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，该方法包括以下步骤：
[0014]
判断当前基坑是否为窄基坑；
[0015]
在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块；
[0016]
对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。
[0017]
一些实施例中，所述判断当前基坑是否为窄基坑，包括：
[0018]
以最下道支撑支点为圆心，绘制经过支挡结构墙底的圆弧，当圆弧半径大于基坑宽度时，判定为窄基坑。
[0019]
一些实施例中，所述在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块，包括：
[0020]
将基坑外侧土体分割为9块宽度为1m的条块；
[0021]
将基坑内侧土体分割为6块宽度为1m的条块；
[0022]
将基坑对侧土体分割为3块宽度为1m的条块。
[0023]
一些实施例中，所述对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数，包括：
[0024]
根据公式：
[0025][0026]
计算坑底抗隆起稳定性安全系数ks；
[0027]
式中，ks为坑底抗隆起稳定性安全系数；
[0028]
δgi为基坑外侧第i土条的自重，按天然重度计算；
[0029]
δgj为基坑内侧及对侧第j土条的自重，按天然重度计算；
[0030]bi
为基坑外侧第i土条的宽度；
[0031]bj
为基坑内侧及对侧第j土条的宽度；
[0032]
li为基坑外侧第i土条的滑移圆弧面长度；
[0033]
lj为基坑内侧及对侧第j土条的滑移圆弧面长度；
[0034]
θi为基坑外侧第i土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；
[0035]
θj为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；
[0036]
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；
[0037]
为基坑内侧及对侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；
[0038]ci
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的粘聚力；
[0039]cj
为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面处土的粘聚力；
[0040]
q0为基坑外侧第i土条的承受的地面超载。
[0041]
一些实施例中，所述基坑的深度15m，宽度为12m。
[0042]
一些实施例中，所述土层重度19kn/m3，粘聚力12kpa，内摩擦角18
°
，超载20kpa。
[0043]
本发明第二方面提供一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析装置，其可避免支挡结构嵌固过深，具备更好的社会效益和经济效益。
[0044]
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
[0045]
一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析装置，包括：
[0046]
判断模块，其用于判断当前基坑是否为窄基坑；
[0047]
计算模块，其用于在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块，并对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。
[0048]
一些实施例中，所述判断模块被配置为：以最下道支撑支点为圆心，绘制经过支挡
结构墙底的圆弧，当圆弧半径大于基坑宽度时，判定为窄基坑。
[0049]
一些实施例中，所述计算模块用于在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块，包括：
[0050]
将基坑外侧土体分割为9块宽度为1m的条块；
[0051]
将基坑内侧土体分割为6块宽度为1m的条块；
[0052]
将基坑对侧土体分割为3块宽度为1m的条块。
[0053]
一些实施例中，所述计算模块对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数，包括：
[0054]
根据公式：
[0055][0056]
计算坑底抗隆起稳定性安全系数ks；
[0057]
式中，ks为坑底抗隆起稳定性安全系数；
[0058]
δgi为基坑外侧第i土条的自重，按天然重度计算；
[0059]
δgj为基坑内侧及对侧第j土条的自重，按天然重度计算；
[0060]bi
为基坑外侧第i土条的宽度；
[0061]bj
为基坑内侧及对侧第j土条的宽度；
[0062]
li为基坑外侧第i土条的滑移圆弧面长度；
[0063]
lj为基坑内侧及对侧第j土条的滑移圆弧面长度；
[0064]
θi为基坑外侧第i土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；
[0065]
θj为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；
[0066]
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；
[0067]
为基坑内侧及对侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；
[0068]ci
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的粘聚力；
[0069]cj
为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面处土的粘聚力；
[0070]
q0为基坑外侧第i土条的承受的地面超载。
[0071]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0072]
本发明中的适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其通过判断当前基坑是否为窄基坑；在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块；对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。从而可避免支挡结构嵌固过深，具备更好的社会效益和经济效益。
附图说明
[0073]
图1为现有基坑坑底抗隆起稳定性计算图示；
[0074]
图2为本发明实施例中适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法的流程图；
[0075]
图3为本发明实施例中适用于锚拉式和支撑式支挡结构的窄基坑的基坑坑底抗隆起稳定性计算图示；
[0076]
图4为本发明实施例中的窄基坑的计算模式；
[0077]
图5为本发明实施例中作为对比的按照现有规范提供的计算模式。
具体实施方式
[0078]
针对为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0079]
为了解决现行规范中锚拉式和支撑式支挡结构的窄基坑坑底抗隆起稳定性检算公式未能反应对侧土体自重的有利作用，使得坑底抗隆起安全系数被低估，所需支挡结构嵌固深度过大，造成设计浪费的问题，本发明基于瑞典条分法计算原理，充分考虑基坑对侧土体对坑底抗隆起稳定性的有利作用，提供了一种适用于锚拉式和支撑式支挡结构的窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法。
[0080]
参见图1所示，本发明实施例提供一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，适用于锚拉式和支撑式窄基坑，该方法包括以下步骤：
[0081]
s1.判断当前基坑是否为窄基坑。
[0082]
参见图3所示，其给出了适用于锚拉式和支撑式支挡结构的窄基坑的基坑坑底抗隆起稳定性计算图示。在图3中，其主要涉及到基坑外侧1、基坑内侧2、基坑对侧3、基坑支挡结构4、基坑对侧支挡结构5、最上道支撑6、最下道支撑7、最下道支撑支点8和滑动圆弧9。
[0083]
在本实施例中，锚拉式和支撑式支挡结构的窄基坑判断原则。参见图3和图4所示，以最下道支撑支点8为圆心，绘制经过基坑支挡结构4墙底的圆弧，当圆弧半径大于基坑宽度时，判定为窄基坑。
[0084]
s2.在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块。
[0085]
瑞典条分法，即瑞典圆弧滑动面条分法，是将假定滑动面以上的土体分成n个垂直土条，对作用于各土条上的力进行力和力矩平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数。
[0086]
参见图4所示，在本实施例中，将基坑外侧土体分割为宽度为1m条块，编号为1、2、3
…
9；将基坑内侧土体分割为宽度为1m条块，编号为10、11、12
…
15；将基坑对侧土体分割为宽度为1m条块，编号为1'、2'、3'。可以理解的是，土体分割的宽度，以及数量都可以根据需要合理设置，本发明实施例在此不做限制。
[0087]
s3.对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。
[0088]
划分的条块的受力分析可参见图3所示，基于受力分析和里的平衡可以计算坑底抗隆起稳定性安全系数。
[0089]
具体而言，在本发明实施例中是根据公式：
[0090][0091]
计算坑底抗隆起稳定性安全系数ks；
[0092]
式中，ks为坑底抗隆起稳定性安全系数；
[0093]
δgi为基坑外侧第i土条的自重，按天然重度计算，单位为kn；
[0094]
δgj为基坑内侧及对侧第j土条的自重，按天然重度计算，单位为kn；
[0095]bi
为基坑外侧第i土条的宽度，单位为m；
[0096]bj
为基坑内侧及对侧第j土条的宽度，单位为m；
[0097]
li为基坑外侧第i土条的滑移圆弧面长度，单位为m；
[0098]
lj为基坑内侧及对侧第j土条的滑移圆弧面长度，单位为m；
[0099]
θi为基坑外侧第i土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角，单位为(
°
)；
[0100]
θj为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角，单位为(
°
)；
[0101]
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角，单位为(
°
)；
[0102]
为基坑内侧及对侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角，单位为(
°
)；
[0103]ci
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的粘聚力，单位为kpa。
[0104]cj
为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面处土的粘聚力，单位为kpa。
[0105]
q0为基坑外侧第i土条的承受的地面超载，单位为kpa。
[0106]
下面以一个具体的例子来进行说明：
[0107]
在本实施例中，基坑深度15m，基坑宽度12m。基坑采用支撑式支挡结构，支挡结构嵌固深度15m。土层视为匀质土体，土层重度19kn/m3，粘聚力12kpa，内摩擦角18
°
，超载20kpa。
[0108]
按照上述步骤中的土体划分方式和相关计算公式，来计算坑底抗隆起稳定性，具体计算过程表格如下：
[0109]
表1基坑外侧土体计算结果
[0110][0111]
表2基坑内侧及对侧土体计算结果
[0112][0113]
表3基坑内侧及对侧土体计算结果
[0114]
[0115]
将上述表格中的计算结果代入公式：
[0116][0117]
为了方便比较，按规范公式验算，计算模型如图5所示，计算过程表格如下：
[0118]
表4土体计算结果
[0119][0120]
将表4计算结果代入公式：
[0121][0122]
经计算比较，当基坑为锚拉式或支挡式深窄基坑时，采用改进公式计算的坑底抗隆起稳定性安全系数更大，所需嵌固长度更为经济合理。
[0123]
综上所述，本发明中的适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其通过判断当前基坑是否为窄基坑；在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块；对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。从而可避免支挡结构嵌固过深，具备更好的社会效益和经济效益。
[0124]
与此同时，本发明实施例还提供一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析装置，其包括判断模块和计算模块。
[0125]
其中，判断模块用于判断当前基坑是否为窄基坑；计算模块用于在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块，并对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。
[0126]
一些实施例中，判断模块被配置为：以最下道支撑支点为圆心，绘制经过支挡结构
墙底的圆弧，当圆弧半径大于基坑宽度时，判定为窄基坑。
[0127]
一些实施例中，计算模块用于在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块，包括：
[0128]
将基坑外侧土体分割为9块宽度为1m的条块；
[0129]
将基坑内侧土体分割为6块宽度为1m的条块；
[0130]
将基坑对侧土体分割为3块宽度为1m的条块。
[0131]
一些实施例中，计算模块对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数，包括：
[0132]
根据公式：
[0133][0134]
计算坑底抗隆起稳定性安全系数ks；
[0135]
式中，ks为坑底抗隆起稳定性安全系数；
[0136]
δgi为基坑外侧第i土条的自重，按天然重度计算；
[0137]
δgj为基坑内侧及对侧第j土条的自重，按天然重度计算；
[0138]bi
为基坑外侧第i土条的宽度；
[0139]bj
为基坑内侧及对侧第j土条的宽度；
[0140]
li为基坑外侧第i土条的滑移圆弧面长度；
[0141]
lj为基坑内侧及对侧第j土条的滑移圆弧面长度；
[0142]
θi为基坑外侧第i土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；
[0143]
θj为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；
[0144]
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；
[0145]
为基坑内侧及对侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；
[0146]ci
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的粘聚力；
[0147]cj
为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面处土的粘聚力；
[0148]
q0为基坑外侧第i土条的承受的地面超载。
[0149]
综上所述，本发明中的适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析装置，其通过判断模块判断当前基坑是否为窄基坑；在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，利用计算模块将土体划分为条块；并对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。从而可避免支挡结构嵌固过深，具备更好的社会效益和经济效益。
[0150]
以上仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：判断当前基坑是否为窄基坑；在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块；对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。2.如权利要求1所述的一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其特征在于，所述判断当前基坑是否为窄基坑，包括：以最下道支撑支点为圆心，绘制经过支挡结构墙底的圆弧，当圆弧半径大于基坑宽度时，判定为窄基坑。3.如权利要求1所述的一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其特征在于，所述在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块，包括：将基坑外侧土体分割为9块宽度为1m的条块；将基坑内侧土体分割为6块宽度为1m的条块；将基坑对侧土体分割为3块宽度为1m的条块。4.如权利要求3所述的一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其特征在于，所述对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数，包括：根据公式：计算坑底抗隆起稳定性安全系数k
s
；式中，k
s
为坑底抗隆起稳定性安全系数；δg
i
为基坑外侧第i土条的自重，按天然重度计算；δg
j
为基坑内侧及对侧第j土条的自重，按天然重度计算；b
i
为基坑外侧第i土条的宽度；b
j
为基坑内侧及对侧第j土条的宽度；l
i
为基坑外侧第i土条的滑移圆弧面长度；l
j
为基坑内侧及对侧第j土条的滑移圆弧面长度；θ
i
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；θ
j
为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；为基坑内侧及对侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；c
i
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的粘聚力；c
j
为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面处土的粘聚力；q0为基坑外侧第i土条的承受的地面超载。5.如权利要求4所述的一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其特征在于：所述基坑的深度15m，宽度为12m。6.如权利要求4所述的一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其特征在于：所述土层重度19kn/m3，粘聚力12kpa，内摩擦角18
°
，超载20kpa。7.一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析装置，其特征在于，包括：
判断模块，其用于判断当前基坑是否为窄基坑；计算模块，其用于在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块，并对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。8.如权利要求7所述的一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析装置，其特征在于，所述判断模块被配置为：以最下道支撑支点为圆心，绘制经过支挡结构墙底的圆弧，当圆弧半径大于基坑宽度时，判定为窄基坑。9.如权利要求7所述的一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其特征在于，所述计算模块用于在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块，包括：将基坑外侧土体分割为9块宽度为1m的条块；将基坑内侧土体分割为6块宽度为1m的条块；将基坑对侧土体分割为3块宽度为1m的条块。10.如权利要求3所述的一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，其特征在于，所述计算模块对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数，包括：根据公式：计算坑底抗隆起稳定性安全系数k
s
；式中，k
s
为坑底抗隆起稳定性安全系数；δg
i
为基坑外侧第i土条的自重，按天然重度计算；δg
j
为基坑内侧及对侧第j土条的自重，按天然重度计算；b
i
为基坑外侧第i土条的宽度；b
j
为基坑内侧及对侧第j土条的宽度；l
i
为基坑外侧第i土条的滑移圆弧面长度；l
j
为基坑内侧及对侧第j土条的滑移圆弧面长度；θ
i
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；θ
j
为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面中点处法线与垂线的夹角；为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；为基坑内侧及对侧第i土条滑移圆弧面处土的内摩擦角；c
i
为基坑外侧第i土条滑移圆弧面处土的粘聚力；c
j
为基坑内侧及对侧第j土条滑移圆弧面处土的粘聚力；q0为基坑外侧第i土条的承受的地面超载。

技术总结

本发明公开了一种适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法和装置，涉及岩土工程技术领域，其中，适用于窄基坑的坑底抗隆起稳定性分析方法，适用于锚拉式和支撑式窄基坑，包括以下步骤：判断当前基坑是否为窄基坑；在当前基坑为窄基坑时，基于瑞典条分法原理，将土体划分为条块；对划分的条块进行受力分析，计算坑底抗隆起稳定性安全系数。本发明可避免支挡结构嵌固过深，具备更好的社会效益和经济效益。益。益。