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土压作用下面层弯矩和挠度计算方法研究

汪学清 汪壮壮 王建华

汪学清, 汪壮壮, 王建华. 土压作用下面层弯矩和挠度计算方法研究[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(4): 467-473. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.008
引用本文: 汪学清, 汪壮壮, 王建华. 土压作用下面层弯矩和挠度计算方法研究[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(4): 467-473. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.008
Wang Xueqing, Wang Zhuangzhuang, Wang Jianhua. Study on calculation method of bending moment and deflection of underlying layer under soil pressure[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(4): 467-473. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.008
Citation: Wang Xueqing, Wang Zhuangzhuang, Wang Jianhua. Study on calculation method of bending moment and deflection of underlying layer under soil pressure[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(4): 467-473. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.008

土压作用下面层弯矩和挠度计算方法研究

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.04.008
基金项目: 

深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室开放课题 2021-HYSDDYB-001

中国五矿集团科技专项 2019ZXA02

详细信息
    作者简介:

    汪学清(1971—),男,山东成武人,博士,副教授,主要从事岩石力学、工程爆破、人工智能及无线传感网络等方面的研究工作。Tel:13260465081,E-mail:wxqease@163.com

    通讯作者:

    汪壮壮(1998—),男,安徽桐城人,硕士研究生,主要从事岩土工程方面的研究工作。Tel:13855672765,E-mail:3465218767@qq.com

  • 中图分类号: TU471.8

Study on calculation method of bending moment and deflection of underlying layer under soil pressure

  • 摘要: 面层是基坑支护系统中重要的组成部分,为了对面层进行合理设计,利用薄板小挠度弯曲理论建立了面层的薄板受力模型,对喷射混凝土基坑支护型式的面层进行了受力分析。为简化计算,假设混凝土面层为弹性体,将面层简化为作用在基坑边坡上的四边简支矩形薄板,推导了主动土压力作用下面层挠度和弯矩的一般表达式,并用有限差分软件FLAC3D模拟了某基坑开挖后面层的弯矩和挠度情况。结果表明:挠度和弯矩的理论计算值与数值模拟值吻合度较好,其中最大挠度和最大弯矩的计算值与模拟值之间的误差分别为6 % 和13 %,模拟得到的挠度和弯矩云图与公式计算得到的分布规律一致,均是从中心向四周逐渐减小,验证了该方法的有效性。推导的公式可为面层的设计提供参考。
  • 图  1  四边简支的矩形薄板

    Figure  1.  Rectangular sheet simply supported on four sides

    图  2  监测点布置

    Figure  2.  Layout of monitoring points

    图  3  面层挠度云图

    Figure  3.  Deflection cloud diagram of surface layer

    图  4  面层弯矩云图

    Figure  4.  Bending moment cloud diagram of surface layer

    图  5  挠度监测曲线

    Figure  5.  Deflection monitoring curves

    图  6  弯矩监测曲线

    Figure  6.  Bending moment monitoring curves

    表  1  材料物理、力学参数

    Table  1.   Physical and mechanical parameters of the materials

    类型 密度ρ/kg·m-3) 弹性模量E/MPa 泊松比μ 黏聚力c/kPa 内摩擦角φ/(°)
    砂土 3 000 10 0.2 0 30
    混凝土 2 300 3×104 0.2 - -
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    表  2  面层各点挠度的计算值和模拟值

    Table  2.   Calculation and simulation values of the surface layer deflection

    监测点 计算值/mm 模拟值/mm 误差/mm
    O 7.76 7.26 0.50
    1 5.49 4.42 1.07
    2 5.49 4.96 0.53
    3 5.49 5.47 0.02
    4 5.49 4.96 0.53
    5 3.88 3.03 0.86
    6 3.88 3.81 0.07
    7 3.88 3.81 0.07
    8 3.88 3.02 0.86
    下载: 导出CSV

    表  3  面层各点弯矩的计算值和模拟值

    Table  3.   Calculation and simulation values of the surface layer bending moment

    监测点 计算值/(N·m) 模拟值/(N·m) 误差
    O 53 218.85 46 138.80 13%
    1 37 631.41 29 839.31 20%
    2 37 631.41 33 942.20 10%
    3 37 631.41 37 614.50 0%
    4 37 631.41 37 107.40 1%
    5 26 609.43 24 261.50 9%
    6 26 609.43 33 050.80 20%
    7 26 609.43 31 360.60 18%
    8 26 609.43 21 895.20 18%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-18
  • 修回日期:  2021-11-20
  • 刊出日期:  2022-08-30

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