基质吸力对基坑支护结构土压力的影响

基质吸力对基坑支护结构土压力的影响研究StudyontheEffectofSuctionontheSoilPressureontheRetainingandProtectingStructureforFoundationpitxx（xx大学，610065，xx）（xx四航工程技术研究院，510230，xx）摘要：在进行基坑支护设计时，现行规范按饱和土力学理论来计算基坑支护结构的土压力。这种设计、计算方法误差较大。文章依据非饱和土力学理论，推导出基坑非饱和土体中支护结构的水平荷载标准值及水平抗力标准值的计算公式。在此基础上，就基质吸力及施工季节对基坑支护结构土压力的影响进行了探讨。关键词：非饱和土，基质吸力，基坑支护结构，水平荷载标准值，水平抗力标准值。作者简介：xx（1967-9），男，xxxx人，高级工程师，博士，主要从事环境生态岩土工程研究工作。QIGuo-qing(SichuanUniversity，Chengdu，610065，China)(GuangzhouSihangInstituteofEngineeringTechnology，Guangzhou，510230，China)Abstract:Inthedesignoftheretainingandprotectingstructureoffoundationexcavation,thetheoryofsaturationsoilmechanicsisusedtocalculatethesoilpressureonthestructureinthepresentcode.Theresultsofthesedesignandcalculatingmethodsarenotverysatisfied.Inthispaper,theequationsofthestandardvalueofhorizontalloadingandhorizontalresistingforcearededucedbasedonthetheoryofunsaturatedsoilsmechanics.Intheend,theeffectofsuctionandconstructiontimeonthesoilpressureontheretainingandprotectingstructureoffoundationexcavationisstudiedaccordingtotheequations.Keywords:thetheoryofunsaturatedsoilsmechanics,theretainingandprotectingstructureoffoundationexcavation,thestandardvalueofhorizontalload,thestandardvalueofhorizontalresistingforce.1引言进行软土中的建筑基坑开挖，往往需要对基坑进行支护。目前规范、规程［1］给出了按饱和土力学理论计算基坑支护结构土压力的公式，并用于基坑支护设计。这种设计、计算方法误差较大，对于地下水埋深较大的基坑则偏于保守，造成不必要的浪费；而对于用工程类比法设计的基坑，又对降雨的影响估计不足，往往造成基坑失事。因此，本文依据非饱和土力学理论，推导出基坑非饱和土体中支护结构水平荷载标准值及水平抗力标准值的计算公式。在此基础上，对非饱和土体强度随基质吸力的变化进行研究，并就基质吸力对基坑支护结构土压力的影响，以及施工季节对基坑支护的影响进行了探讨。2非饱和土的抗剪强度就强度特性和变形特征方面而言，非饱和土要比饱和土复杂得多。非饱和土的孔隙中不但充填有水，而且还有空气。水－气分界面具有表面张力。表面张力是产生基质吸力的根源。非饱和土区别于饱和土的力学性质，与非饱和土中的基质吸力有关，而非饱和土基质吸力又随土中含水量的变化而变化。它196跃0轨年，轮Bishop滥等提出了非饱易和土抗剪强度蒜的有效应力公报式扬［泡2柜，冷3诵］愚：彩幸货劲（捉1腔）表由于型（捕1仓）式中，祥Bishop需建议的非饱和冲土有效应力项找中的盏系数斑难以确定，因奖此，富Fredlu返nd蓄等拢于岭197究8呜年提出了他们区的非饱和土抗括剪强度公式嫩［值4绑］暴：萄咽（牢2缩）幻式中，巾为肝Moh捧r腥－连Coulom搂b绕破坏包线的延诵伸与剪应力轴刚的截距，在剪籍应力轴处的净局法向应力和基扣质吸力均为零肢。它也叫做有绢效粘聚力；宽为破坏时在破柄坏面上的法向协总应力；忠为破坏时在破秀坏面上的孔隙雨气压力；一般论的边坡稳定性层分析时，认为田孔隙气压力为长大气压，即仁；种为破坏时在破瘦坏面上的孔隙照水压力；舍为与净法向应酱力状态变量枕有关的内摩擦豪角；武表示抗剪强度荣随基质吸力渣而增加的速率耀。产，姐为有效粘聚力扩随疤的增量。郊图轧1孕赏非饱和土引伸恨的判Mohr-C照oulom准b荐破坏包面胶Fig.访1扒Thest迁retch枪Mohr-C悉oulomb诊堪failur伴e到plane沉foru翻nsatur禁ateds言oils星Fredlu狭nd扶建议的非饱和但土抗剪强度公优式是列Mohr-C艺oulomb鸽饱和土抗剪强纷度公式的延伸绝。两者之间可碌以平顺地过渡遭，当土体饱和絮时，孔隙水压峡力倦等于孔隙气压痰力权，因此，基质穷吸力筛等于零。公式咏（岁2针）中的基质吸件力相消失，从责而平滑地过渡湿为饱和土抗剪剪强度公式事。爆3摸基于非饱和土瘦力学理论的影基坑支护结构殊土压力序基坑旁潜水面以上的相土体处于非饱延和状态，对于辅同一个土体样公本，其非饱和榴抗剪强度高于邮其饱和抗剪强禽度影［界5距］客。高出的部分派包含在万粘聚力中，即秃：（3）顾3.省1锐支护结构水平巷荷载标准值而依据非饱和土挠力学理论，考锣虑公式泄（怠3葱），则对于粉涝土及粘性土，穴图损2框所示支护结构纤水平荷载标准贼值竖计算公式如下随：（4）萝式中，仅为第阻层的主动土压供力系数，可按百计算；箭为三轴试验确苦定的第闹层土固结不排厨水（快）剪内还摩擦角标准值估；厘为作用于深度吃处的竖向应力劣标准值，计算那点位于基坑开碗挖面以上时：谋，计算点位于务基坑开挖面以柿下时：付，其中，记为开挖面以上贵土的加权平均缸天然重度；钻为三轴试验（鱼当有可靠经验扶时可采用直接阿剪切试验）确橡定的第笑层土粘聚力标脊准值。叶公式监（团4苦）中太项是由基质吸循力引起的水平五荷载减小量，伸当基质吸力消会失时，此量为狭零。虏图冒2巩发水平荷载计算俩图鹰［妥1穗］飞Fig.2占Theca卖lculat倦ingch抄artfo魂r煎horizo问ntal衫loadi体ngon怜suppor格tunit棉奸in蜻founda鸭tion厨pit挣[1]际躁3.感2寒支护结构水平竭抗力龙标准值吼依据非饱和土冻力学理论，考柿虑公式姿（马3宽），则对于粉愉土及粘性土，坝图福3暑所示基坑内侧薯水平抗力标准龟值采计算公式如下费：唱策劈臣（占5惕）诚式中，停为第撒层土的被动土视压力系数，按闸计算；作用于舞基坑设底面以下深度慈处的竖向应力寿标准值，可按脾式计算，掏为深度双以上土的加权姿平均天然重度铺。魔公式衫（很5泄）中纷项是由基质吸心力引起的水平箩抗力增加量，境当基质吸力消贝失时，此量为蛇零。慧图托3杂水平抗力计算轮图狮［穗1椒］蔽Fig.3夫Theca千lculat哥ingch吃artfo索r拖horizo车ntal讽resis乔tingf厅orceo膝n似suppor笨tunit客in蓄founda盖tion换pit哨[1]伸追4摔施工季节对基级坑支护的影响乳依据陆Fredlu省nd敬（拉199笼3继年）和把Gan泰（酸198南8柄年）的试验赌［井6垦，救7愤］粱，刊所得到的兰角与基质吸力尾的关系，主要阿有四种类型。踪①查销角是基质吸力浙的线性函数。困固结排水试验麦中，剂角与基质吸力伍的相关关系为础：（6）式中，。酱②搏姜角是基质吸力凤的幂函数。相粗关公式为：黑民于树腹纹掠（私7貌）隙③艳渠角是基质吸力凶的线性函数和栗幂函数的组合梅。令：线性函课数和幂函数的撕连接点处的基患质吸力为弊。当奸＜挺时，限角与基质吸力窝的关系为线形露函数；当碑≥高时，名角与基质吸力悟的关系为幂函吊数：范铲京（炒8敏）柏④赛弓角是基质吸力布的双曲线函数费和幂函数的组听合。令：双曲味线函数和幂函品数的连接点处受的基质吸力为谣。当荷＜鸦时，唐角与基质吸力柳的关系为双曲惊线函数：擦羊腐拦特（奉9对）玻当敏≥属时，盒角与基质吸力骤的关系为幂函唇数：陆厘伴淘（四10近）去施工季节的影晴响主要是指旱炕季、雨季对基馅坑支护的影响写。基坑开挖施铸工选择在旱季牙，气候干燥，饼非饱和土中基早质吸力升高，衬对基坑支护安辱全有利；基坑芦开挖施工选择津在雨季，降雨昌较多，雨水下榆渗致使非饱和黎土中基质吸力她降低，甚至消宪失，对基坑支孕护安全不利。5结论榴1榨）基坑范围内猴非饱和土中基银质吸力的存在秤，对基坑的开沃挖与支护安全须是有利的，由谷基质吸力引发坝的支护结构水播平荷载减小量共为：章；由基质吸力渠引发的支护结递构水平抗力增零加量为：趋。当基质吸力吗消失时，此量朝为零。迅2醋）基坑开挖的授季节选择是非洽常重要的。旱若季，非饱和土聚中的基质吸力筛升高，对基坑远支护结构的安隔全有利；在雨旬季，降雨较多京，雨水下渗致暴使非饱和土中庙基质吸力降低慰，甚至消失，婆对基坑支护安尚全不利。破3克）在按经验设芒计基坑开挖支攻护时，必须考眉虑基坑施工成陪功实例的施工斩季节以及所设丢计基坑的施工推季节。参考文献染［铸1梳］中国建筑科侄学院，中华人迅民共和国建设念部。建筑基坑务支护技术规程分［欠C筝］讲。辩199担9塞，蓝9摔，顶1义。傅［春2局］我莫Bishop鸣AW,姐Alpan摔I,Bli带ghtG聪E,et俊al.Fa续ctor赠contro塔lling咐thes望hear茄streng镜th子ofpa级rtlys排aturat渗ed凝cohesi镜ve稻soils即甩［群S桨］您.In:迈ASCER端esearc复h妨C糟onfere伯nce左onth察eShea链rS粘trengt候h死ofC贩ohesiv吴e贵Soils绑.膀Univ.仔of姥Colora桥do掩,1960债,503批～蜘532.邻论细庸苗壳滚林钻尊斜宗枯倚皂侵晓脏嚼烛槽箭胃应始严灶［缎4梢］满Fredlu烈ndDG洽,Morg糊enster烦nNR,惕Widge病rRA.么Thes相hears渴trengt教hofu干nsatur伤ateds奋oils揭［崭J雁］使.Cana俭dian族G散eotech荡nical遮J客ournal娱.悬1978,您15:31鹿3界～得321.丧［亿5略］认xx燕。犯