[发明专利]非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构及设计方法

权利要求书

1.一种非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、获取基坑围护结构的剖面参数及土体物理力学参数；所述剖面参数包括基坑的开挖深度H、围护结构长度L以及围护结构顶部容许位移[S]；所述土体物理力学参数包括基坑围护结构与土体摩擦角δ、土体内摩擦角以及土体重度γ；

S2、获取基坑主动侧滑裂面倾角α和围护结构顶部容许位移[S]的大小；

S3、根据摩擦角与挡墙水平位移之间的关系式，分别针对主动侧和被动侧计算非极限状态下围护结构不同深度处的摩擦角：

其中，各参数的下标x用于区分该参数所在侧，参数所在侧为主动侧时x＝a，参数所在侧为被动侧时x＝p；

x侧的参数K_x计算式为：

参数z表示围护结构与地面的深度距离；和δ为土体内摩擦角和墙土摩擦角，和δ_mx(z)为非极限状态下围护结构x侧距离地面z处的土体内摩擦角和墙土摩擦角发挥值；和δ₀为初始土体内摩擦角和初始墙土摩擦角；S_zx为围护结构x侧距离地面z处的水平位移；S_x为围护结构x侧土体达到极限状态时的水平位移，对于主动侧取S_a＝0.003L，对于被动侧S_p＝0.03L；

S4、将围护结构主动侧土楔体离散为平行于滑裂面的斜微分单元，建立斜微分单元水平方向和竖直方向的静力平衡方程组：

式中：N_m为作用于斜微分单元围护结构侧界面上的法向力；T_m为作用于斜微分单元围护结构侧界面上的切向力；N_p为作用于斜微分单元斜边上的法向力；T_p为作用于斜微分单元斜边上的切向力；dG为斜微分单元体的重力；

由静力平衡方程组计算围护结构主动侧土压力大小：

式中：p_a(z)为距离地面z处的围护结构主动侧土压力大小；

同时，由库伦被动土压力理论计算距离地面不同深度处的围护结构被动侧土压力；

S5、根据围护结构长度以及作用在围护结构上的主动侧和被动侧土压力，计算围护结构最大弯矩及最大剪力，从而确定围护结构的材料和配筋，再经过验算后作为围护结构材料和配筋的最终设计参数。

2.根据权利要求1所述的非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构设计方法，其特征在于，所述基坑两侧土体表面水平，且无上覆荷载。

3.根据权利要求1所述的非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构设计方法，其特征在于，所述围护结构的位移模式为悬臂式刚性围护结构绕围护结构底部转动，其位移最大值位于围护结构顶部。

4.根据权利要求1所述的非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构设计方法，其特征在于，所述围护结构的主动侧土体滑裂面倾角α按照下式确定：

5.根据权利要求1所述的非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构设计方法，其特征在于，所述围护结构x侧距离地面z处的水平位移S_z按线性关系计算：

6.根据权利要求1所述的非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构设计方法，其特征在于，所述围护结构主动侧土压力大小按照斜微分单元的静力平衡方程求解，被动侧按照库伦被动土压力理论求解。

7.根据权利要求1所述的非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构设计方法，其特征在于，所述基坑围护结构的剖面参数及土体物理力学参数根据基坑围护结构的勘探设计资料确定，所述勘探设计资料至少包括工程地质报告和施工方案；若基坑维护结构侧部土体为多层土，则土体内摩擦角以及土体重度γ均按照不同土层厚度进行加权平均取得。