(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210759162.8 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 徐长节　仇雅诗　孙佳政　胡安峰　 杨开放　范晓真　张恒志　曹志刚　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 傅朝栋　张法高 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结 构及设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种非极限状态下砂土基坑 悬臂式刚性围护结构及设计方法， 包括以下步 骤： (1)确定基坑围护结构的剖面参数及土体物 理力学参数； (2)确定基坑主动侧滑裂面倾角和 围护结构顶部容许位移大小； (3)基于摩擦角与 挡墙水平 位移关系， 计算非极限状态下距离地面 z处摩擦角大小； (4)基于斜微分单元法计算主动 侧土压力， 利用库伦理论计算被动侧土压力； (5) 计算围护结构的最大弯矩及最大剪力， 并根据最 大弯矩和最大剪力确定围护结构的材料及配筋， 通过验算后作为最终设计结果。 本发 明克服了经 典基坑设计方法中无法考虑土体非极限状态的 缺陷， 能够更为精确、 合理对围护结构设计计算 提供指导， 计算方法简单可行， 具有推广应用价 值。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115062385 A 2022.09.16 CN 115062385 A 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 Kx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 δmx(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； Szx为围护结构x侧距离地面z处的水平位移； Sx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Sa＝0.003L， 对于被动侧 Sp＝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： Nm为作用于斜微分单元围护结构侧界面上的法向力； Tm为作用于斜微分单元围护 结构侧界面 上的切向力； Np为作用于 斜微分单元斜边上的法向力； Tp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： pa(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， 其特权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115062385 A 2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Sz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。 8.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， 所述初始土体内摩擦角 和初始墙土摩擦角 δ0与围护结构类型相关： 对于埋置式围护结构， δ0＝0； 对于分层填土或挤入式围护结构， 取 对于正常固结土， 按下式确定： 9.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， 在 对围护结构的材料和配筋的计算解进 行验算时， 需根据现行标准 《建筑基坑支护 技术规程》 (JGJ 120‑2012)进行围护结构的整体稳定性验算、 抗 倾覆验算和抗隆起验算。 10.一种非极限状态下砂土基坑悬臂式刚性围护结构， 其特征在于， 围护结构的材料和 配筋由权利要求1～ 9任一所述设计方法设计得到 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115062385 A 3