基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法
【专利摘要】本发明涉及基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法。本发明要解决的技术问题是提供基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法，为判断基坑工程是否发生渗透破坏提供参考。解决该问题的技术方案：缺陷位于基坑开挖面以上时，包括：S1.获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率n和土体内摩擦角；S2.利用和icr＝(ds-1)(1-n)+0.5n算出两个值，取小值作为缺陷点处的临界水力梯度icr；S3.获取基坑开挖深度H、缺陷点距基坑开挖面的距离L和坑外地下水位埋深值a；S4.将S2和S3得到的参数代入中，若成立，判定缺陷点处已达到或超过临界破坏状态；若不成立，判定尚未达到临界破坏状态。本发明用于基坑工程【技术领域】。
【专利说明】基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基坑工程【技术领域】，具体涉及基坑支护止水体系存在缺陷时引发基坑周边土体渗透破坏的判断方法。
【背景技术】
[0002]随着城市建设步伐的加快，很多城市均开展了轨道交通工程建设，而富水砂层地区基坑围护结构施工过程中，因地质因素导致墙体夹泥等缺陷时有发生，且在开挖过程中，因缺陷导致的渗漏水往往不容易发现，或易忽视，随着土体开挖进行，坑内外水头差的加大，导致突发性的渗漏水甚至涌水涌砂破坏的情况时有发生。目前，针对基坑渗透破坏的研究主要集中于粉砂土及软土地质，且基本假定围护结构未存在缺陷情况下，发生绕流渗透破坏情况，对于因支护止水体系缺陷引发渗流的情况研究很少。而通过对实测数据分析发现，其砂层基坑开挖过程中，支护体系变形普遍很小，加之地下水补给迅速，渗漏发生时地下水位监测变化亦不明显，加之止水帷幕底部基本嵌入岩层，发生绕流破坏的可能性极低，但却往往发生突发性的墙体局部涌水涌砂事件，而使得风险预防控制工作陷于被动。鉴于此，为更好地开展和指导今后对于此类突发涌水涌砂事件的防控，有必要就考虑支护止水体系存在缺陷情况下的土体渗流破坏判别方法进行探索。
[0003]如图1所示，根据渗透破坏原理，砂层基坑发生流土破坏的计算公式如下:
(2 * Z) + 0.8Ζ-- ) ■ Y
[0004]----^ K、
^hyw
[0005]式中，
[0006]Kse—流土稳定性安全系数；安全等级为一、二、三级的支护结构，Kse分别不应小于1.6,1.5,1.4 ；
[0007]y ’ - 土体浮重度，kN/m3 ；
[0008]Y w_ 水的重度，kN/m3 ；
[0009]Ah-坑内外水头差，m;
[0010]H-基坑开挖深度，m ；
[0011]D-截水帷幕底面至坑底的土层厚度，m ;
[0012]D1 一潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的土层厚度(m)。
[0013]上述计算公式可以解决基坑支护止水体系未存在缺陷情况下的基坑土体发生绕流渗透破坏(流砂)问题，但无法分析判断管涌破坏发生或支护止水体系自身存在缺陷时土体渗透破坏的可能性。
【发明内容】
[0014]本发明要解决的技术问题是:针对上述存在的问题提供一种基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法，为判断基坑工程是否发生渗透破坏提供可靠的参考，以便进一步做好砂质地层地下工程施工风险管控。
[0015]本发明所采用的技术方案是:基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法，其特征在于，对于缺陷位于基坑开挖面以上的情况，步骤如下:
[0016]S101、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率η和土体内摩擦角W.d''
[0017]S102、分别利用公式L = C小(.:丨、χ tan φ和公式= (ds_l) (l_n)+0.5n计算出两个值，并取其中的小值作为缺陷点处的临界水力梯度;式中C为常数42, d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ；
[0018]S103、现场测量得到基坑的开挖深度H、缺陷点距基坑开挖面的距离L和坑外地下水位埋深值a ；
a
[0019]S104、将步骤S102和S103得到的各参数代入不等式方一中，若该不等
卜Lr
式成立，即判定缺陷点处已达到或超过临界破坏状态；若不等式不成立，即判定缺陷点处尚未达到临界破坏状态。
[0020]基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法，其特征在于，对于缺陷位于基坑开挖面以下、坑内地下水位以上的情况，步骤如下:
[0021]S201、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率η和土体内摩擦角$
d,
[0022]S202、分别利用公式I =Ctan P和公式U = (ds_l) (1-n) +0.5n计算出两
V人 In'
个值，并取其中的小值作为缺陷点处的临界水力梯度;式中C为常数42, d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ；
[0023]S203、现场测量得到基坑的开挖深度H、缺陷点距基坑开挖面的距离L、坑外地下水位埋深值a和止水墙的厚度t ；
a + 1.■ (L + ?)
[0024]S204、将步骤S202和203得到的各参数代入不等式~；-中，若该
1-",
不等式成立，即判定缺陷点处已达到或超过临界破坏状态；若不等式不成立，即判定缺陷点处尚未达到临界破坏状态。
[0025]基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法，其特征在于，对于缺陷位于基坑开挖面和坑内地下水位以下的情况，步骤如下:
[0026]S301、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率η和土体内摩擦角$
,门d,
[0027]S302、分别利用公式Lr = C Ij y tanP 和公式 = (ds_l) (1-n) +0.5n 计算出两个值，并取其中的小值作为缺陷点处的临界水力梯度;式中C为常数42, d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ；
[0028]S303、现场测量得到基坑的开挖深度H、缺陷点距基坑开挖面的距离L、基坑内外水头差hw和止水墙的厚度t ；
[0029]S304、将步骤S302和303得到的各参数代入不等式hw彡icr.(H+2L+t)中，若该不等式成立，即判定缺陷点处已达到或超过临界破坏状态；若不等式不成立，即判定缺陷点处尚未达到临界破坏状态。
[0030]本发明的有益效果是:本发明从土体流砂及管涌破坏的基本原理出发，通过综合分析五个关键参数:缺陷点处的临界水力梯度、基坑开挖深度、缺陷点距基坑开挖面的距离、基坑内外水头差和坑外地下水位埋深值，得出三种不同情况(缺陷位于基坑开挖面以上、缺陷位于基坑开挖面以下坑内地下水位以上、缺陷位于基坑开挖面和坑内地下水位以下)下的临界破坏判断准则，以综合评判基坑内外是否可能发生渗透破坏，为支护止水体系缺陷条件下基坑渗透破坏风险提供了可靠的理论判据，也可以提前根据地下水位变化预判基坑是否可能因维护结构存在缺陷而发生破坏，对于潜在的风险有提前预判和提示作用，从而实现对基坑安全风险的更好管控，具有良好的社会效益和经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中给定的砂层基坑流土稳定性验算示意图。
[0032]图2是缺陷位于基坑开挖面以上时的渗流路径示意图。
[0033]图3是缺陷位于基坑开挖面以下坑内地下水位以上时的渗流路径示意图。
[0034]图4是缺陷位于基坑开挖面和坑内地下水位以下时的渗流路径示意图。
【具体实施方式】
[0035]本发明从土体流砂及管涌破坏的基本原理出发，通过综合分析五个关键参数:缺陷点处的临界水力梯度、基坑开挖深度、缺陷点距基坑开挖面的距离、基坑内外水头差和坑外地下水位埋深值，得出在一定水头差作用下，三种不同情况(缺陷位于基坑开挖面以上、缺陷位于基坑开挖面以下坑内地下水位以上、缺陷位于基坑开挖面和坑内地下水位以下)的基坑支护止水体系缺陷处是否可能发生渗透破坏的判断准则。
[0036]如图2所示，对于缺陷位于基坑开挖面以上的情况，步骤如下:
[0037]S101、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k (单位cm/s)、土体孔隙率η和土体内摩擦角φ.，.^ CL'
[0038]S102、分别利用公式L =C和公式匕=(ds_l) (1_η)+0.5n计算出两
V/v hr
个值，并取其中的小值作为缺陷点2处的临界水力梯度(按渗流路径的平均值进行计算，由于缺陷处填充的是土体，icr为土体的临界水力梯度值)；式中C为常数42，d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ；
[0039]S103、现场测量得到基坑I的开挖深度H、缺陷点2距基坑开挖面的距离L和坑外地下水位埋深值a ；
[0040]S104、将步骤S102和S103得到的各参数代入不等式"―L中，若该不等
l~lcr式成立，即判定缺陷点2处在一定水头差作用下，已达到或超过临界破坏状态，随时可能发生涌水涌砂等渗透破坏事故(即缺陷点处发生渗透破坏的可能性很大)，应立即采取措施进行封堵；若不等式不成立，即判定缺陷点2处尚未达到临界破坏状态，但对已发现的渗漏仍应进行封堵。
[0041]如图3所示，对于缺陷位于基坑开挖面以下、坑内地下水位以上的情况，步骤如下:
[0042]S201、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率η和土体内摩擦角W
^ d%
[0043]S202、分别利用公式I =C和公式‘ =(ds-l) (1-η)+0.5n计算出两
/ η
个值，并取其中的小值作为缺陷点2处的临界水力梯度(按渗流路径的平均值进行计算，由于缺陷处填充的是土体，icr为土体的临界水力梯度值)；式中C为常数42，d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ；
[0044]S203、现场测量得到基坑I的开挖深度H、缺陷点2距基坑开挖面的距离L、坑外地下水位埋深值a和止水墙3的厚度t ；
[0045]S204、将步骤S202和203得到的各参数代入不等式孖2 ^ +!cr '^L + t>>中，若该
1-Lr
不等式成立，即判定缺陷点2处在一定水头差作用下，已达到或超过临界破坏状态，随时可能发生涌水涌砂等渗透破坏事故(即缺陷点处发生渗透破坏的可能性很大)，应立即采取措施进行封堵；若不等式不成立，即判定缺陷点2处尚未达到临界破坏状态，但对已发现的渗漏仍应进行封堵。
[0046]如图4所示，对于缺陷位于基坑开挖面和坑内地下水位以下的情况，步骤如下:
[0047]S301、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率η和土体内摩擦角P.^ d,
[0048]S302、分别利用公式U = C小〈,,,tan识和公式u = (ds_l) (1-n) +0.5n计算出两个值，并取其中的小值作为缺陷点2处的临界水力梯度(按渗流路径的平均值进行计算，由于缺陷处填充的是土体，icr为土体的临界水力梯度值)；式中C为常数42，d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ；
[0049]S303、现场测量得到基坑I的开挖深度H、缺陷点2距基坑开挖面的距离L、基坑内外水头差hw和止水墙3的厚度t ；
[0050]S304、将步骤S302和303得到的各参数代入不等式hw彡icr.(H+2L+t)中，若该不等式成立，即判定缺陷点2处在一定水头差作用下，已达到或超过临界破坏状态，随时可能发生涌水涌砂等渗透破坏事故(即缺陷点处发生渗透破坏的可能性很大)，应立即采取措施进行封堵；若不等式不成立，即判定缺陷点2处尚未达到临界破坏状态，但对已发现的渗漏仍应进行封堵。
[0051]上述各实施例中，缺陷点处的临界水力梯度、基坑开挖深度H、缺陷点距基坑开挖面的距离L、基坑内外水头差hw、坑外地下水位埋深值a和止水墙的厚度t等六个参数的单位均为米。
【权利要求】
1.一种基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法，其特征在于，对于缺陷位于基坑开挖面以上的情况，步骤如下: 5101、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率η和土体内摩擦角W.^ (L' 5102、分别利用公式I= ^Tprtan <P和公式= (ds_1) (l_n) +0.5n计算出两个值，并取其中的小值作为缺陷点(2)处的临界水力梯度;式中C为常数42，d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ； 5103、现场测量得到基坑(I)的开挖深度H、缺陷点(2)距基坑开挖面的距离L和坑外地下水位埋深值a ； 5104、将步骤S102和S103得到的各参数代入不等式H~ L~V~中，若该不等式成
1 _ Kr立，即判定缺陷点(2)处已达到或超过临界破坏状态；若不等式不成立，即判定缺陷点(2)处尚未达到临界破坏状态。
2.一种基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法，其特征在于，对于缺陷位于基坑开挖面以下、坑内地下水位以上的情况，步骤如下: 5201、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率η和土体内摩擦角％
^ cL5202、分别利用公式t和公式‘ =(ds-l) (1_η)+0.5n计算出两个值，并取其中的小值作为缺陷点(2)处的临界水力梯度;式中C为常数42，d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ； 5203、现场测量得到基坑(I)的开挖深度H、缺陷点(2)距基坑开挖面的距离L、坑外地下水位埋深值a和止水墙(3)的厚度t ； 5204、将步骤S202和203得到的各参数代入不等式丑>^ +^ + '中，若该不等
^ ~hr式成立，即判定缺陷点(2)处已达到或超过临界破坏状态；若不等式不成立，即判定缺陷点(2)处尚未达到临界破坏状态。
3.一种基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法，其特征在于，对于缺陷位于基坑开挖面和坑内地下水位以下的情况，步骤如下: 5301、通过土工试验获取土颗粒相对密度值ds、渗透系数值k、土体孔隙率η和土体内摩擦角W
, ^ CL、5302、分别利用公式I= Ctan沪和公式i? = (ds-l) (1-η)+0.5n计算出两个值，并取其中的小值作为缺陷点(2)处的临界水力梯度;式中C为常数42，d3为土中小于某粒径的颗粒重量占总重3%时的该粒径值，单位cm ； 5303、现场测量得到基坑(I)的开挖深度H、缺陷点(2)距基坑开挖面的距离L、基坑内外水头差hw和止水墙(3)的厚度t ；S304、将步骤S302和303得到的各参数代入不等式hw彡icr.(H+2L+t)中，若该不等式成立，即判定缺陷点(2)处已达到或超过临界破坏状态；若不等式不成立，即判定缺陷点(2)处尚未达到临界破坏状态。
【文档编号】E02D1/00GK104141294SQ201410356597
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】陈文华, 王烨晟 申请人:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司