準彈性模型

準彈性模型

準彈性模型是指支護結構發生相向圍岩方向的變形引起的圍岩對支護結構的約束反力。其作用是限制襯砌變形改善襯砌受力狀態提高襯砌結構承載力。

簡介

隧道彈性抗力的計算主要採用局部變形理論,它是以溫克爾(E。Winkler)假定為基礎的。該理論認為圍岩的彈性抗力與圍岩在該點的變形成正比,即:

準彈性模型 準彈性模型
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——圍岩表面任意一點i的壓縮變形(m);

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——圍岩在i點上所產生的的彈性抗力(Mpa);

k——圍岩的彈性抗力係數(Mpa/m)。

該理論相當於把圍岩簡化為一系列彼此獨立的彈簧,每個彈簧表示一個小岩柱。某一彈簧受到壓縮時產生的反作用力只與該彈簧有關,而與其他彈簧無關。雖然實際的彈簧體變形是相互影響的,施加於一點的荷載會引起整個彈性體表面的變形,即共同變形,但溫克爾假定能反映襯砌應力-變形的主要因素,且計算簡單實用,可以滿足工程設計的需要。應當指出的是,彈性抗力係數並非常數,它取決於很多因素,如圍岩的性質、襯砌的形狀和尺寸、荷載類型等,但對於深埋隧道可取為常數。

基坑支護設計的彈性抗力法

在基坑支護設計中,確定了支護結構型式後,選擇正確的計算模型進行詳細設計計算至關重要。基坑支護設計計算方法大致可分為三類。第一類是常規設計方法 (靜力平衡法 ); 第二類稱為彈性抗力法;第三類是有限元方法。

土壓力分布模式

基坑底面以下土壓力分布模式有 4種假定 ,即“土壓力零點分布”模式、“零分布”模式、“梯形分布”模式和“矩形分布”模式。

“土壓力零點分布”模式,是取土壓力強度零點以下土壓力值為零。因為主、被動土壓力相減後,在土壓力零點以下的力為淨被動土壓力,淨被動土壓力正好由彈簧模擬。但應注意的是採用這種土壓力分布,土水平抗力係數不應取值過大。

“零分布”模式,是指基坑底面以下土壓力分布為零。採用這種分布模式較不安全。

“梯形分布”模式,基坑底面以下樁背土壓力分布模式為梯形,坑底處取主動土壓力值,開挖面以下任意深度位置取主動土壓力和被動土壓 力的代數和,且不能小於零。這種模式考慮了變形對土壓力分布的影響,是一種較好的模式。

“矩形分布”模式,是指基坑底面以下樁背土壓力分布圖形為矩形,其值取坑底處土壓力值。這種分布模式較安全。

在實際工程設計時一般採用“矩形分布”模式。

多支撐板樁牆的計算模型

多支撐板樁牆的計算,應按實際工況進行,挖土和支撐的順序為:第一階段挖土→第一層支撐→第二階段挖土→第 i- 1層支撐→第 i階段挖土→加層墊層→(拆除第 i- 1層支撐 )。

能否使設計的錨撐 - 板樁結構滿足變形與承載力協調一致,決定了這種支護體系是否設計合理與失敗。[3]

( 1) 第一步開挖板樁呈懸臂狀態時,應計算板樁剪力、彎矩及樁頂位移,判斷是否滿足設計要求,若不滿足 ,則調整板樁設計及開挖深度,如板樁入土深度等。

( 2) 加第一道錨撐及進行第二步開挖。按照彈性抗力法計算第一道錨撐反力、錨撐點位移、樁頂位移、最大位移、樁剪力及樁彎矩。

( 3) 加第二道錨撐及進行第三次開挖。這時應計算第一及第二道錨撐處的支點反力、支點位移、樁頂位移、最大位移、樁剪力及樁彎矩。

( 4) 多道錨撐的計算重複上述步驟進行,直至所設計的每道錨撐反力及位移滿足協調要求為止。

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