(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 202210441516.4 (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 中铁城建集团有限公司 地址 410000 湖南省长 沙市岳麓区洋湖路 695号 申请人 中南大学 (72)发明人 张鑫全　门彬　余俊　肖金明　 马彦征　曾乐　关劫兮　曾进涛　 李东东　李东凯　邓鹏兵　陈伟彬　 杨鑫歆　张志中　 (74)专利代理 机构 广州市红荔专利代理有限公 司 44214 专利代理师 李婷 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/28(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/08(2012.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑水位波动及支护时效的基坑支护性能 评估方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种考虑水位波动及支护时 效的基坑支护性能评估 方法及装置， 根据岩土体 的三轴试验和施工过程， 确定工程现场土体的流 变特性、 地下水变化以及锚索预应力的损失规 律； 根据工程现场土体的流变特性、 地下水变化 以及锚索预应力的损失， 确定土压力、 地下水位、 锚索预应力随时间变化的表达式； 结合基坑桩锚 支护模型的基本假定， 确定桩身和锚 杆的变形协 调关系； 同时考虑土体的流变特性、 锚索预应力 损失和地下水变化， 并结合弹性地基梁基本理 论， 推导出考虑地下水水位波动及支护时效的超 期服役基坑桩锚支护性能评估值。 本发明使基坑 支护结构 的性能评估更加精确、 符合客观实际； 能够全面、 客观、 准确地评估临时基坑支护结构 的性能。 权利要求书5页 说明书13页 附图3页 CN 114707225 A 2022.07.05 CN 114707225 A 1.一种考虑水位波动及支护时效的基坑支护性能评估方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 根据岩土体的三轴试验和施工过程， 确定工程现场土体的流变特性、 地下水变化以及 锚索预应力的损失规 律； 根据工程现场土体的流变特性、 地下水变化以及锚索预应力的损失， 确定土压力、 地下 水位、 锚索预应力随时间变化的表达式； 结合基坑桩 锚支护模型的基本假定， 确定桩身和锚杆的变形协调关系； 同时考虑土体的流变特性、 锚索预应力损 失和地下水变化， 并结合弹性地基梁基本理 论， 推导出考虑地下 水水位波动及支护时效的超期服役基坑桩 锚支护性能评估值。 2.如权利要求1所述的考虑水位波动及支护时效的基坑支护性能评估方法， 其特征在 于， 所述根据岩 土体的三轴试验和施工过程， 确定工程现场土体的流变特性、 地下水变化以 及锚索预应力的损失规律的步骤中， 所述工程现场土体的流变特性通过岩土的三轴压缩试 验得到， 土体粘聚力和内摩擦角随时间的变化关系用下式表示： 其中， c(t)为某一时刻的粘聚力， 为某一时刻的内摩擦角； c(∞)为长期极 限黏聚 力， 为长期极限内摩擦角， c(∞)为一极小值， φ(∞)相当于残余内摩擦角； c(0)为按 标准方法测定的黏聚力， 为按标准方法测定的内摩擦角； t为任意时刻； t0为测定粘聚 力和摩擦角的标准方法所需的时间； α、 β、 γ分别为无量纲拟合系数， 其中， 0＜α＜1， β ＞0， γ＞0； 地下水位的动态预测由如下的模型表示： hω(t)＝f(t)+V(t)+M(t)+ εt 其中， hω(t)为地下水位高度； f(t)为趋势项变化函数； V(t)为周期项变化函数； M(t)为 平稳性干扰项； εt为随机性干扰项； 锚索预应力损失由四参数 预应力损失模型计算确定： 其中， Ri(t)为锚索预应力； A为锚索横截面积； E1、 E2、 η1、 η2均为可测定初始值， ε0为蠕变 系数。 3.如权利要求1所述的考虑水位波动及支护时效的基坑支护性能评估方法， 其特征在 于， 所述根据工程现场土体的流变特性、 地下水变化以及锚索预应力的损失， 确定土压力、 地下水位、 锚索预应力随时间变化的表达式的步骤 包括： 考虑地下水水位波动及支护时效土压力和锚杆拉力， 基坑底面以上深度z处的主动土 压力用下式表示： 权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114707225 A 2其中， Pa(t)为某一时刻基坑底面以上深度z处的主动土压力； γ0为开挖深度范围内主 动区土体 容重， c(t)为开挖深度范围内主动区某一时刻的粘聚力， q0为地面超载； Ka(t)为某 一时刻的主动土 压力系数； 某一时刻， 基坑底面以上深度z处的静水压力用下式表示： Pω(t)＝γ0·(z‑hω)＝γ0z‑γ0hω 其中， Pω(t)为某一时刻基坑底面以上深度z处的静水压力； hω为地下水位深度； z为支 护桩的埋深； 锚杆拉力的计算公式如下： Ti(t)＝Ri(t)cosθ +KiSi(t) 其中， Ti(t)为锚杆拉力， Ri(t)为第i道锚索的预应力； Ki为第i道锚杆的刚度系数； Si(t) 为第i道锚杆处的实际水平位移； θi为第i道锚杆的水平交角。 4.如权利要求1所述的考虑水位波动及支护时效的基坑支护性能评估方法， 其特征在 于， 所述结合基坑桩 锚支护模型的基本假定， 确定桩身和锚杆的变形协调关系的步骤 包括： 假定支护桩基坑底面以上为悬臂梁、 基坑底面以下为弹性地基梁， 并结合锚杆和桩身 的变形协调关系， 得到桩身的变形协调方程如下： 其中， S1(t)为支护桩在z＝H1处的实际水平位移； S2(t)为支护桩在z＝H2处的实际水平 位移； S3(t)为支护桩在z＝H3处的实际水平位移； S a1(t)为主动土压力在z＝H1处产生的水 平位移； Sa2(t)为主动土压力在z＝H2处产生的水平位移； Sa3(t)为主动土压力在z＝H3处产 生的水平位移； ST11(t)为T1(t)作用下支护结构在z＝H1处的水平位移； ST22(t)为T2(t)作用 下支护结构在z＝H2处的水平位移； ST33(t)为T3(t)作用下支护结构在z＝H3处的水平位移； ST12(t)为T1(t)作用下支护结构在 z＝H2处的水平位移； ST13(t)为T1(t)作用下支护结构在 z ＝H3处的水平位移； ST21(t)为T2(t)作用下支护结构在z＝H1处的水平位移； ST23(t)为T2(t) 作用下支护结构在z ＝H3处的水平位移； ST31(t)为T3(t)作用下支护结构在z ＝H1处的水平位 移； ST32(t)为T3(t)作用下支护 结构在z＝H2处的水平位移； Sw1(t)为水压力在z＝H1处产生 的水平位移； Sw2(t)为水压力在z＝H2处产生的水平位移； Sw3(t)为水压力在z＝H3处产生的 水平位移； r1＝H‑H1， r2＝H‑H2， r3＝H‑H3； y0(t)为基坑底面以下桩身的位移； θ0(t)为基坑底 面以下桩身的位移。 5.如权利要求4所述的考虑水位波动及支护时效的基坑支护性能评估方法， 其特征在 于， 所述同时考虑土体的流变特性、 锚索预应力损失和地下水变化， 并结合 弹性地基梁基本 理论， 推导出考虑地下水水位波动及支护时效的超期服役基坑桩锚支护性能评估值的步骤 包括： 根据推导出的支护水平位移与锚杆拉力之间的关系式， 求解得到位移与锚杆拉力， 其 方程组如下：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114707225 A 3