基坑整体稳定性确定最危险滑动面的程序设计

基坑整体稳定性确定最危险滑动面的程序设计

收稿日期:2005209222

作者简介:梁大伟(19802),男,太原理工大学建筑与土木工程学院硕士研究生,山西太原　030024

梁仁旺(19622),男,教授,太原理工大学建筑与土木工程学院,山西太原　030024白晓红(19592),女,教授,太原理工大学建筑与土木工程学院,山西太原　030024

梁大伟　梁仁旺　白晓红

摘　要:用计算机验算基坑整体稳定性,通过改变基坑滑动面顶端和底端的位置,运用计算机程序进行逐级两向搜索,通

过选择和比较确定出最危险滑动面,不局限于经验方法,程序使用简便,计算快捷、准确。关键词:基坑整体稳定性,最危险滑动面,程序,搜索中图分类号:TU463文献标识码:A

1　概述

基坑整体稳定性分析是对具有支挡结构的直立土坡的分析,

目的在于对基坑侧壁支护结构在给定的条件下设计出合理的嵌固深度或验算已拟定的支护结构是否稳定和合理。当基坑所受剪应力超过土体的抗剪强度时,基坑就丧失稳定性发生滑动。粘性土坡发生滑动时,滑动土体将沿滑动面整块滑动,滑动面为一曲面,由于土体性能复杂,通常为计算方便,认为滑动面为一个圆弧,基于这样的假定一般都能够保证工程的安全。费伦纽斯等人认为最危险滑动面通过坡脚及桩的最底端,大量的计算分析也证明了这一点,因此在选定可能的滑动面时,一般只考虑通过桩底端的滑动面,因此本程序假定基坑最危险滑动面为一个通过桩最底端的圆弧滑动面[1]。

传统的基坑整体稳定性验算中,最危险滑动面的确定通常基于经验方法,根据工程经验制定与土坡坡角相关的表格,由坡顶和坡脚作相应的直线,假定圆心在直线上,通过在直线上取多个不同的点进行试算,比较确定最小的安全系数,该方法一般都能够满足工程要求,但只将滑动圆弧的圆心局限在直线或其附近区域上,考虑不是很全面,有一定局限性。本程序充分利用计算机强大的计算功能,通过改变破坏面端点的位置,使滑动圆弧的圆心在指定区域内实现全面逐点的搜索计算,最后通过选择比较得出结果。

首先选定破坏面顶端和底端的两端点a i 和b j (见图1),以点a i ,b j 及桩端点c 三点可确定一个圆弧,程序根据几何、三角数学知识计算出该圆弧的半径r i ,j 和圆心的位置点O i ,j ,判别其是否为可能发生的滑动面,并计算其安全系数K i ,j 值,然后以桩端点c 为不动点,逐级改变点a i 和点b i 的位置,全部搜索由基坑底面和地面不同位置的点构成的圆弧滑动面,通过判断得出其中的K i ,j 最小值,最后计算机输出最危险滑动面的K 值,滑动圆弧圆心的位置O 和半径r ,以及点a 和点b 的位置

。

2　滑动圆弧圆心范围的限定

验算基坑整体稳定时,首先必须确定滑动圆弧的圆心和半

径。根据费伦纽斯和泰勒的理论,滑动圆心的位置由与坡角相关的角β1和β2确定,即由直线ec ′和dd ′的交点O 确定[1],根据其理论及相关表格可知角β1和β2必为锐角(如图2所示),因此以点e 和d 为转动中心,由直线ec ′和dd ′转动成锐角的范围可知,滑动圆弧的圆心一定出现在区域D ,而不可能出现在区域A ,B ,C ,因此在搜索过程中,分别通过改变a i 和b j 位置,搜索由点a i ,b j 及点c 构成的所有的圆弧,但只计算和比较圆心在区域D 内的滑动圆弧的安全系数,从而确定基坑最危险滑动面的安全系数

。

3　程序设计及计算

程序设计时一方面需要有强大的计算功能,另一方面要有良好的用户界面,这里选择matlab 语言进行编译,主要设计思路是通过二次嵌套循环,每一个循环代表一个方向,各方向上取不同的点进行相互交叉计算,最后通过选择判别语句得出结果。下面进行具体分析

:

程序设计时,首先选定基坑底面一点a i (见图3),由几何学知

识可知,由a i 点、b j 点(从地面b 1点到b m 点)、以及桩端点c 三点可确定一个圆弧,则基坑底面一个点,分别对应地面m 个点,确定m 个滑动圆弧如图3所示,设b 1点到d 点的距离为b 0,a 1点到e 点的距离为a 0,由于有前述圆心位置的限制,故b 0和a 0的值可根据工程要求设置为足够小,最远点b m 和a n ,可设置为足够大。水平方向的增量Δ大小的确定可根据工程的要求自行设定,一般在0.1m ～1m 之间都能满足工程精度要求。程序计算

钢管混凝土柱火灾后力学性能理论分析

收稿日期:2005209206

作者简介:谷拴成(19632),男,博导,教授,西安科技大学,陕西西安　710054

让艳艳(19792),女,西安科技大学硕士研究生,陕西西安　710054

谷拴成　让艳艳

摘　要:在介绍了钢材和混凝土两种材料受高温后的本构关系的基础上,进行数值模拟得出了高温后核心混凝土的σ—

ε关系曲线,经过参数分析得出影响火灾后钢管混凝土压弯构件残余承载力的主要因素,最后得出了轴压弹性模量和轴压强度承载力的简化计算公式。

关键词:钢管混凝土,轴压弹性模量,承载力中图分类号:TU375.3文献标识码:A

引言

在过去几十年里,对钢管混凝土构件在常温下的力学性能进

行了大量理论分析和试验研究,已取得丰硕成果。钢管混凝土结构正以其特殊的优点愈来愈受到工程界的重视和青睐,采用这种结构的高层和超高层建筑不断涌现。

由于组成钢管混凝土的钢管及其核心混凝土之间的协同互补和共同工作,使这种结构与钢结构相比具有更好的抗火性能,从而可降低防火造价。

中,首先以水平距离Δb 为增量,b j 点沿方向1进行递增,作为内循环,即b 2=b 1+Δb ,b 3=b 2+Δb ,…,当a i 点所对应的b j 点(从地面b 1点到b m 点)m 个圆弧计算完毕后,改变a i 点的位置,以水平距离Δa 为增量,得到点a i +1,计算由a i +1点所对应的b j 点(从地面b 1点到b m 点)的m 个圆弧,即a i 点沿方向2进行递增,作为外循环,即a i +1=a i +Δa ,…,a i 点的范围从点a 1到a n ,则程序沿图3所示方向1和方向2进行两向搜索,共计算出m ×n 个滑动圆弧,通过圆心的位置分析选择其中合理的滑动面,按圆弧滑动条分法,将滑动土体分成若干条,进行受力分析,安全系数为稳定力矩与滑动力矩的比值,通过比较,得出最危险的滑动面,最后输出结果。对于有内支撑或外拉锚结构的基坑,应考虑支撑或拉锚结构的作用,以及它们对破坏面上抗剪能力的贡献[2]。

4　算例

某大厦地处交通主要干道交汇处,占地面积为2886m 2,主楼26层,裙楼5层,地下2层。大厦东为4层楼房和2层街面房,北侧、西侧为道路,南侧为另一大厦,环境比较复杂。

地基土为滨海和浅海沉积的粘性土,地面以下第①层为杂填土,h =4m ,r =18kN/m 3,c =0,φ=10°;第②层为褐黄色粉质粘土,h =1.8m ,r =18.6kN/m 3,c =15.3kPa ,φ=16.5°;第③层为灰色淤泥质粉质粘土,h =3m ,r =17.8kN/m 3,c =9kPa ,φ=13°;第④层为灰色淤泥质粘土,h =15m ,r =17.3kN/m 3,c =10kPa ,φ=8.5°;第⑤层为灰色粉质粘土,h =30m ,r =18.3kN/m 3,c =7.2kPa ,φ=18.5°。

本工程基坑开挖深度为11.75m ,局部地区为12.95m ,综合考虑各种因素,围护结构决定采用单排钻孔灌注桩,两种开挖深

度均采用桩径1000mm 的桩,桩长分别为28.5m 和30.5m ,桩间净距15cm 。

大厦在进行基坑支护设计计算时,作用在围护桩墙上的侧向压力采用水土分算法。c 和φ值按直剪固结快剪取峰值,未给出的数据按当地经验取值[3]。

本工程设计计算时,验算整体稳定性得K min =1.58,施工过程中未发现异常情况。按以上基坑基本情况和土体地质条件,将相关的数据输入用户界面,设定地面和基坑底面的搜索范围分别为0.5倍～5倍桩长,单位递增量为1m ,通过搜索共计算出618个可能发生的滑动圆弧,比较得出K min =1.5573,用时不到1min ,通过改变搜索范围和单位增量的值进行多次搜索,K min 的改变量不超过0.1,与原设计计算结果相差不大。

5　结语

文中介绍了在基坑整体稳定性分析中,利用计算机程序,在滑动圆弧条分法的基础上,通过改变基坑滑动面端点的位置,进行逐点搜索,确定最危险滑动面。用户可根据当地经验和工程实际情况,设置搜索范围和搜索方式,以及要求精度,从而避免了利用经验方法进行图解的麻烦,具有一定的现实意义。参考文献:

[1]陈忠汉,黄书秩,程丽萍.深基坑工程[M ].北京:机械工业出版社,2003.62264.[2]黄　强.建筑基坑支护技术规程应用手册[M ].北京:建筑工业出版社,1999.21224.

[3]李家强.土坡圆弧滑动条分法计算边坡稳定程序简介[J ].天然气与石油,2003,21(1):25227.

Procedure design of ascertaining the critical sliding surface in intrgral stability of foundation pit

L IANG Da 2w ei L IANG R en 2w ang BAI Xiao 2hong

Abstract :Using computer procedure to check calculation for integral stability of foundation pit ,the procedure searches the critical sliding sur 2face in two direction by changing the position of top and bottom point of sliding surface ,and ascertains the critical sliding surface by choosing and comparing ,which break away from the experiential method ,the procedure is simple ,convenient and exact.K ey w ords :integral stability of foundation pit ,critical sliding surface ,procedure ,search