基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法。本發(fā)明要解決的技術問題是提供基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法，為判斷基坑工程是否發(fā)生滲透破壞提供參考。解決該問題的技術方案：缺陷位于基坑開挖面以上時，包括：S1.獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率n和土體內摩擦角；S2.利用和icr＝(ds-1)(1-n)+0.5n算出兩個值，取小值作為缺陷點處的臨界水力梯度icr；S3.獲取基坑開挖深度H、缺陷點距基坑開挖面的距離L和坑外地下水位埋深值a；S4.將S2和S3得到的參數代入中，若成立，判定缺陷點處已達到或超過臨界破壞狀態(tài)；若不成立，判定尚未達到臨界破壞狀態(tài)。本發(fā)明用于基坑工程【技術領域】。
【專利說明】基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及基坑工程【技術領域】，具體涉及基坑支護止水體系存在缺陷時引發(fā)基坑周邊土體滲透破壞的判斷方法。

【背景技術】
[0002]隨著城市建設步伐的加快，很多城市均開展了軌道交通工程建設，而富水砂層地區(qū)基坑圍護結構施工過程中，因地質因素導致墻體夾泥等缺陷時有發(fā)生，且在開挖過程中，因缺陷導致的滲漏水往往不容易發(fā)現(xiàn)，或易忽視，隨著土體開挖進行，坑內外水頭差的加大，導致突發(fā)性的滲漏水甚至涌水涌砂破壞的情況時有發(fā)生。目前，針對基坑滲透破壞的研究主要集中于粉砂土及軟土地質，且基本假定圍護結構未存在缺陷情況下，發(fā)生繞流滲透破壞情況，對于因支護止水體系缺陷引發(fā)滲流的情況研究很少。而通過對實測數據分析發(fā)現(xiàn)，其砂層基坑開挖過程中，支護體系變形普遍很小，加之地下水補給迅速，滲漏發(fā)生時地下水位監(jiān)測變化亦不明顯，加之止水帷幕底部基本嵌入巖層，發(fā)生繞流破壞的可能性極低，但卻往往發(fā)生突發(fā)性的墻體局部涌水涌砂事件，而使得風險預防控制工作陷于被動。鑒于此，為更好地開展和指導今后對于此類突發(fā)涌水涌砂事件的防控，有必要就考慮支護止水體系存在缺陷情況下的土體滲流破壞判別方法進行探索。
[0003]如圖1所示，根據滲透破壞原理，砂層基坑發(fā)生流土破壞的計算公式如下:
(2 * Z) + 0.8Ζ-- ) ■ Y
[0004]----^ K、
^hyw
[0005]式中，
[0006]Kse—流土穩(wěn)定性安全系數；安全等級為一、二、三級的支護結構，Kse分別不應小于1.6,1.5,1.4 ；
[0007]y ’ - 土體浮重度，kN/m3 ；
[0008]Y w_ 水的重度，kN/m3 ；
[0009]Ah-坑內外水頭差，m;
[0010]H-基坑開挖深度，m ；
[0011]D-截水帷幕底面至坑底的土層厚度，m ;
[0012]D1 一潛水水面或承壓水含水層頂面至基坑底面的土層厚度(m)。
[0013]上述計算公式可以解決基坑支護止水體系未存在缺陷情況下的基坑土體發(fā)生繞流滲透破壞(流砂)問題，但無法分析判斷管涌破壞發(fā)生或支護止水體系自身存在缺陷時土體滲透破壞的可能性。


【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明要解決的技術問題是:針對上述存在的問題提供一種基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法，為判斷基坑工程是否發(fā)生滲透破壞提供可靠的參考，以便進一步做好砂質地層地下工程施工風險管控。
[0015]本發(fā)明所采用的技術方案是:基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法，其特征在于，對于缺陷位于基坑開挖面以上的情況，步驟如下:
[0016]S101、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率η和土體內摩擦角W.d''
[0017]S102、分別利用公式L = C小(.:丨、χ tan φ和公式= (ds_l) (l_n)+0.5n計算出兩個值，并取其中的小值作為缺陷點處的臨界水力梯度;式中C為常數42, d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ；
[0018]S103、現(xiàn)場測量得到基坑的開挖深度H、缺陷點距基坑開挖面的距離L和坑外地下水位埋深值a ；



a
[0019]S104、將步驟S102和S103得到的各參數代入不等式方一中，若該不等


卜Lr
式成立，即判定缺陷點處已達到或超過臨界破壞狀態(tài)；若不等式不成立，即判定缺陷點處尚未達到臨界破壞狀態(tài)。
[0020]基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法，其特征在于，對于缺陷位于基坑開挖面以下、坑內地下水位以上的情況，步驟如下:
[0021]S201、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率η和土體內摩擦角$


d,
[0022]S202、分別利用公式I =Ctan P和公式U = (ds_l) (1-n) +0.5n計算出兩


V人 In'
個值，并取其中的小值作為缺陷點處的臨界水力梯度;式中C為常數42, d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ；
[0023]S203、現(xiàn)場測量得到基坑的開挖深度H、缺陷點距基坑開挖面的距離L、坑外地下水位埋深值a和止水墻的厚度t ；





a + 1.■ (L + ?)
[0024]S204、將步驟S202和203得到的各參數代入不等式~；-中，若該



1-",
不等式成立，即判定缺陷點處已達到或超過臨界破壞狀態(tài)；若不等式不成立，即判定缺陷點處尚未達到臨界破壞狀態(tài)。
[0025]基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法，其特征在于，對于缺陷位于基坑開挖面和坑內地下水位以下的情況，步驟如下:
[0026]S301、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率η和土體內摩擦角$

,門d,
[0027]S302、分別利用公式Lr = C Ij y tanP 和公式 = (ds_l) (1-n) +0.5n 計算出兩個值，并取其中的小值作為缺陷點處的臨界水力梯度;式中C為常數42, d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ；
[0028]S303、現(xiàn)場測量得到基坑的開挖深度H、缺陷點距基坑開挖面的距離L、基坑內外水頭差hw和止水墻的厚度t ；
[0029]S304、將步驟S302和303得到的各參數代入不等式hw彡icr.(H+2L+t)中，若該不等式成立，即判定缺陷點處已達到或超過臨界破壞狀態(tài)；若不等式不成立，即判定缺陷點處尚未達到臨界破壞狀態(tài)。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明從土體流砂及管涌破壞的基本原理出發(fā)，通過綜合分析五個關鍵參數:缺陷點處的臨界水力梯度、基坑開挖深度、缺陷點距基坑開挖面的距離、基坑內外水頭差和坑外地下水位埋深值，得出三種不同情況(缺陷位于基坑開挖面以上、缺陷位于基坑開挖面以下坑內地下水位以上、缺陷位于基坑開挖面和坑內地下水位以下)下的臨界破壞判斷準則，以綜合評判基坑內外是否可能發(fā)生滲透破壞，為支護止水體系缺陷條件下基坑滲透破壞風險提供了可靠的理論判據，也可以提前根據地下水位變化預判基坑是否可能因維護結構存在缺陷而發(fā)生破壞，對于潛在的風險有提前預判和提示作用，從而實現(xiàn)對基坑安全風險的更好管控，具有良好的社會效益和經濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是《建筑基坑支護技術規(guī)程》(JGJ120-2012)中給定的砂層基坑流土穩(wěn)定性驗算示意圖。
[0032]圖2是缺陷位于基坑開挖面以上時的滲流路徑示意圖。
[0033]圖3是缺陷位于基坑開挖面以下坑內地下水位以上時的滲流路徑示意圖。
[0034]圖4是缺陷位于基坑開挖面和坑內地下水位以下時的滲流路徑示意圖。

【具體實施方式】
[0035]本發(fā)明從土體流砂及管涌破壞的基本原理出發(fā)，通過綜合分析五個關鍵參數:缺陷點處的臨界水力梯度、基坑開挖深度、缺陷點距基坑開挖面的距離、基坑內外水頭差和坑外地下水位埋深值，得出在一定水頭差作用下，三種不同情況(缺陷位于基坑開挖面以上、缺陷位于基坑開挖面以下坑內地下水位以上、缺陷位于基坑開挖面和坑內地下水位以下)的基坑支護止水體系缺陷處是否可能發(fā)生滲透破壞的判斷準則。
[0036]如圖2所示，對于缺陷位于基坑開挖面以上的情況，步驟如下:
[0037]S101、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k (單位cm/s)、土體孔隙率η和土體內摩擦角φ.，.^ CL'
[0038]S102、分別利用公式L =C和公式匕=(ds_l) (1_η)+0.5n計算出兩


V/v hr
個值，并取其中的小值作為缺陷點2處的臨界水力梯度(按滲流路徑的平均值進行計算，由于缺陷處填充的是土體，icr為土體的臨界水力梯度值)；式中C為常數42，d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ；
[0039]S103、現(xiàn)場測量得到基坑I的開挖深度H、缺陷點2距基坑開挖面的距離L和坑外地下水位埋深值a ；
[0040]S104、將步驟S102和S103得到的各參數代入不等式"―L中，若該不等




l~lcr式成立，即判定缺陷點2處在一定水頭差作用下，已達到或超過臨界破壞狀態(tài)，隨時可能發(fā)生涌水涌砂等滲透破壞事故(即缺陷點處發(fā)生滲透破壞的可能性很大)，應立即采取措施進行封堵；若不等式不成立，即判定缺陷點2處尚未達到臨界破壞狀態(tài)，但對已發(fā)現(xiàn)的滲漏仍應進行封堵。
[0041]如圖3所示，對于缺陷位于基坑開挖面以下、坑內地下水位以上的情況，步驟如下:
[0042]S201、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率η和土體內摩擦角W

^ d%
[0043]S202、分別利用公式I =C和公式‘ =(ds-l) (1-η)+0.5n計算出兩



/ η
個值，并取其中的小值作為缺陷點2處的臨界水力梯度(按滲流路徑的平均值進行計算，由于缺陷處填充的是土體，icr為土體的臨界水力梯度值)；式中C為常數42，d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ；
[0044]S203、現(xiàn)場測量得到基坑I的開挖深度H、缺陷點2距基坑開挖面的距離L、坑外地下水位埋深值a和止水墻3的厚度t ；
[0045]S204、將步驟S202和203得到的各參數代入不等式孖2 ^ +!cr '^L + t>>中，若該



1-Lr
不等式成立，即判定缺陷點2處在一定水頭差作用下，已達到或超過臨界破壞狀態(tài)，隨時可能發(fā)生涌水涌砂等滲透破壞事故(即缺陷點處發(fā)生滲透破壞的可能性很大)，應立即采取措施進行封堵；若不等式不成立，即判定缺陷點2處尚未達到臨界破壞狀態(tài)，但對已發(fā)現(xiàn)的滲漏仍應進行封堵。
[0046]如圖4所示，對于缺陷位于基坑開挖面和坑內地下水位以下的情況，步驟如下:
[0047]S301、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率η和土體內摩擦角P.^ d,
[0048]S302、分別利用公式U = C小〈,,,tan識和公式u = (ds_l) (1-n) +0.5n計算出兩個值，并取其中的小值作為缺陷點2處的臨界水力梯度(按滲流路徑的平均值進行計算，由于缺陷處填充的是土體，icr為土體的臨界水力梯度值)；式中C為常數42，d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ；
[0049]S303、現(xiàn)場測量得到基坑I的開挖深度H、缺陷點2距基坑開挖面的距離L、基坑內外水頭差hw和止水墻3的厚度t ；
[0050]S304、將步驟S302和303得到的各參數代入不等式hw彡icr.(H+2L+t)中，若該不等式成立，即判定缺陷點2處在一定水頭差作用下，已達到或超過臨界破壞狀態(tài)，隨時可能發(fā)生涌水涌砂等滲透破壞事故(即缺陷點處發(fā)生滲透破壞的可能性很大)，應立即采取措施進行封堵；若不等式不成立，即判定缺陷點2處尚未達到臨界破壞狀態(tài)，但對已發(fā)現(xiàn)的滲漏仍應進行封堵。
[0051]上述各實施例中，缺陷點處的臨界水力梯度、基坑開挖深度H、缺陷點距基坑開挖面的距離L、基坑內外水頭差hw、坑外地下水位埋深值a和止水墻的厚度t等六個參數的單位均為米。
【權利要求】
1.一種基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法，其特征在于，對于缺陷位于基坑開挖面以上的情況，步驟如下: 5101、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率η和土體內摩擦角W.^ (L' 5102、分別利用公式I= ^Tprtan <P和公式= (ds_1) (l_n) +0.5n計算出兩個值，并取其中的小值作為缺陷點(2)處的臨界水力梯度;式中C為常數42，d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ； 5103、現(xiàn)場測量得到基坑(I)的開挖深度H、缺陷點(2)距基坑開挖面的距離L和坑外地下水位埋深值a ； 5104、將步驟S102和S103得到的各參數代入不等式H~ L~V~中，若該不等式成




1 _ Kr立，即判定缺陷點(2)處已達到或超過臨界破壞狀態(tài)；若不等式不成立，即判定缺陷點(2)處尚未達到臨界破壞狀態(tài)。
2.一種基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法，其特征在于，對于缺陷位于基坑開挖面以下、坑內地下水位以上的情況，步驟如下: 5201、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率η和土體內摩擦角％

^ cL5202、分別利用公式t和公式‘ =(ds-l) (1_η)+0.5n計算出兩個值，并取其中的小值作為缺陷點(2)處的臨界水力梯度;式中C為常數42，d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ； 5203、現(xiàn)場測量得到基坑(I)的開挖深度H、缺陷點(2)距基坑開挖面的距離L、坑外地下水位埋深值a和止水墻(3)的厚度t ； 5204、將步驟S202和203得到的各參數代入不等式丑>^ +^ + '中，若該不等



^ ~hr式成立，即判定缺陷點(2)處已達到或超過臨界破壞狀態(tài)；若不等式不成立，即判定缺陷點(2)處尚未達到臨界破壞狀態(tài)。
3.一種基坑支護止水體系缺陷引發(fā)土體滲透破壞的判斷方法，其特征在于，對于缺陷位于基坑開挖面和坑內地下水位以下的情況，步驟如下: 5301、通過土工試驗獲取土顆粒相對密度值ds、滲透系數值k、土體孔隙率η和土體內摩擦角W
, ^ CL、5302、分別利用公式I= Ctan滬和公式i? = (ds-l) (1-η)+0.5n計算出兩個值，并取其中的小值作為缺陷點(2)處的臨界水力梯度;式中C為常數42，d3為土中小于某粒徑的顆粒重量占總重3%時的該粒徑值，單位cm ； 5303、現(xiàn)場測量得到基坑(I)的開挖深度H、缺陷點(2)距基坑開挖面的距離L、基坑內外水頭差hw和止水墻(3)的厚度t ；S304、將步驟S302和303得到的各參數代入不等式hw彡icr.(H+2L+t)中，若該不等式成立，即判定缺陷點(2)處已達到或超過臨界破壞狀態(tài)；若不等式不成立，即判定缺陷點(2)處尚未達到臨界破壞狀態(tài)。
【文檔編號】E02D1/00GK104141294SQ201410356597
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權日:2014年7月24日
【發(fā)明者】陳文華, 王燁晟 申請人:中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司