一种确定窄长基坑滑移剪出口位置的方法
技术领域
本发明涉及岩土工程设计领域，具体为一种确定窄长基坑滑移剪出口位置的方法。
背景技术
随着地下空间的逐渐开发，地铁车站及区间明挖隧道、地下管道建设中窄长基坑日趋增多。
目前基坑规范中基坑抗隆起稳定分析普遍采用圆弧滑动模式。该模式认为开挖面以下的墙体可以发挥抵抗坑底抗隆起作用，并假定土体沿围护墙地面滑动，且滑动面为一个圆弧。但该模式无法考虑基坑尺寸的影响，仅适用于宽度较大的基坑，对窄长基坑并不适用。
针对窄长基坑抗隆起稳定分析，许多学者进行了研究并提出了相应的破坏模式，主要有以下三种：梯形模式(王成华，窄长基坑隆起破坏模式及其稳定性分析，2017)、三角形模式(王洪新，对基坑抗隆起稳定安全系数的改进，2014)、改进的圆弧滑动模式(彭孔曙，窄条形基坑抗隆起稳定问题研究，2015)。但这三种模式都缺乏科学论证，可能给设计带来不安全和经济浪费等风险。
发明内容
为了解决窄长基坑的坑底隆起现有破坏模式缺乏科学论证的问题，可能给设计带来不安全和经济浪费等风险，本发明提供了一种确定窄长基坑滑移剪出口位置的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种确定窄长基坑滑移剪出口位置的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
A、首先计算窄长基坑在竖向条形均布荷载作用下的应力分布；
B、其次计算作用在坑底以下任意一点处土体的主应力；
C、再次计算坑底以下任意一点处土体的屈服接近度；
D、然后根据坑底土体各点的屈服接近度绘制屈服接近度等值线图；
E、最后根据屈服接近度等值线图确定滑移剪出口位置。
屈服接近度表示为
式中：σequ、σY分别为土体骨架的等效应力和该应力状态下的屈服应力，σ1、σ3分别为土体骨架的最大和最小主应力(以受压为正)，c、
步骤E中，极限状态下屈服接近度等于1的等值线与坑底的唯一交点即为滑移剪出口位置。
由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)理论可靠、科学合理。
(2)所有土层均适用。
(3)对于窄长基坑，可以减小围护桩桩长。
(4)减小围护造价，缩短工期。
附图说明
图1为本发明一实施例的窄长基坑模型示意图；
图2为本发明一实施例的半无限体内承受条形均布荷载时的应力分布示意图；
图3为本发明一实施例的常规荷载下屈服接近度绘制屈服接近度等值线图。
图4为本发明一实施例的过渡荷载下屈服接近度绘制屈服接近度等值线图。
图5为本发明一实施例的极限荷载下屈服接近度绘制屈服接近度等值线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
实施例一
本实施例公开了一种适合窄长基坑的坑底隆起破坏滑移剪出口位置的确定方法，该方法包括如下步骤：
1、计算窄长基坑在竖向条形均布荷载作用下的应力分布
王洪新(半无限弹性体内作用竖向矩形和条形均布荷载时的应力计算公式，2016)基于Mindlin解，通过积分推导出窄长基坑在半无限体内竖向条形均布荷载作用时应力分布的解析表达式，该公式可以考虑基坑宽度、基坑深度和墙底深度的影响。
基坑开挖卸荷引起的土体附加应力分量的计算公式具体为
式中：μ为土体的泊松比，
坑底土体总应力(自重应力与附加应力之和)分量的计算公式具体为
σz＝γz-2σ′z
τzx＝τ′zx左-τ′zx右
式中：μ为土体的泊松比，γ为土体的重度，z为墙底深度，σx、σz分别表示坑底土体水平、竖直方向总应力，τzx表示坑底土体总剪切应力。
2、计算作用在坑底以下任意一点处土体的主应力
根据莫尔-库伦强度理论，土体处于弹性状态时的最大主应力和最小主应力分别为
3、计算坑底以下任意一点处土体的屈服接近度
曹林卫(基于屈服接近度概念的尾矿坝静力稳定性分析及其与强度折减系数法的对比，2010)引入屈服接近度η用于定量评价分析对象的安全性，对于土体应力状态而言，屈服接近度η可以用于判断土体应力处于弹性状态还是塑性状态。屈服接近度η可表示为
式中：σequ、σY分别为土体骨架的等效应力和该应力状态下的屈服应力，σ1、σ3分别为土体骨架的最大和最小主应力(以受压为正)，c、
4、根据坑底土体各点的屈服接近度绘制屈服接近度等值线图
选取坑底不同深度和距离的点作为特征点，分别计算土体在常规荷载(荷载比例1:1，图3)、过渡荷载(荷载比例1:1.25，图4)和极限荷载(荷载比例1:1.353，图5)作用下其屈服接近度。根据各点的屈服接近度绘制屈服接近度等值线图。
5、根据屈服接近度等值线图确定滑移剪出口位置
通过常规荷载、过渡荷载和极限荷载作用下的屈服接近度等值线图，可以看出极限状态下屈服接近度等于1的等值线与坑底的唯一交点即为滑移剪出口位置，通过计算确定该点为坑底的中点。
实施例二
采用如实施例一的所述基坑抗隆起稳定性计算方法，以某砂土地区窄长基坑为例进行说明，具体步骤如下：
基坑深度6m，基坑宽度10m，土层参数：重度18.5kN/m3，粘聚力8kPa，内摩擦角19°，坑外地面超载取值20kPa。
现以计算基坑坑底中点下0.5m处的屈服接近度为例进行说明，计算过程如下
(1)计算角点处附加应力
(2)计算中心点处总应力
σz＝γz-2σ′z＝18.5×6.5-2×44.7＝30.8
τzx＝τ′zx左-τ′zx右＝0
(3)计算最大主应力和最小主应力
(4)计算屈服接近度
按照上述方法，选取坑底不同深度(0～4m，间隔0.5m)和不同距离(0～10m、间隔0.5m)的点作为特征点，依次计算各点的屈服接近度。根据各点的屈服接近度绘制屈服接近度等值线图。
逐渐增大基坑开挖引起的负载，使屈服接近度逐渐增大，坑底土体逐渐由弹性进入塑性。当屈服接近度等于1的等值线与坑底交于一点时，该点即为滑移剪出口位置，通过计算确定该点为坑底的中点。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
