洛巴索夫穩(wěn)定系數(shù)在基坑開挖中的應(yīng)用研究

向海輝 支錚

摘? 要：從基坑開挖穩(wěn)定性的計(jì)算方法著手，運(yùn)用滑動(dòng)面靜力平衡條件法，對(duì)洛巴索夫穩(wěn)定系數(shù)圖中穩(wěn)定系數(shù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，分析了洛巴索夫圖解法在基坑工程中的應(yīng)用范疇，為洛巴索夫圖解法在基坑工程中的施工應(yīng)用提供相應(yīng)的指導(dǎo)。經(jīng)過計(jì)算分析，證明了在進(jìn)行基坑開挖時(shí)，洛巴索夫圖解法既簡單實(shí)用，又偏于安全。同時(shí)還闡述了土體的重度、土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的測定以及合理的坡角設(shè)計(jì)在保證基坑開挖穩(wěn)定性中的必要性。

關(guān)鍵詞：基坑開挖;主動(dòng)土壓力;洛巴索夫圖解法;靜力平衡條件

中圖分類號(hào)：TU43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）17-0007-03

Abstract： Starting with the calculation method of foundation pit excavation stability， the accuracy of stability coefficient in Lobasov stability coefficient diagram is verified by using sliding surface static equilibrium condition method， and the application category of Lobasov graphic method in foundation pit engineering is analyzed. The purpose of this paper is to provide corresponding guidance for the construction application of Lobasov graphic method in foundation pit engineering. Through calculation and analysis， it is proved that the Lobasov graphic method is not only simple and practical， but also safe in foundation pit excavation. At the same time， it also expounds the necessity of the weight of the soil， the determination of the shear strength parameters of the soil and the reasonable slope angle design in ensuring the stability of foundation pit excavation.

Keywords： foundation pit excavation; active earth pressure; Lobasov graphic method; static equilibrium condition

基坑開挖穩(wěn)定性的研究，一直是巖土工程學(xué)術(shù)研究的一個(gè)重要部分。國內(nèi)有關(guān)基坑開挖穩(wěn)定性的研究雖然起步較晚，但近年來隨著全國各地建筑行業(yè)的發(fā)展，基坑開挖的穩(wěn)定性越來越受到重視。與此同時(shí)，為了保證施工安全與施工質(zhì)量，有關(guān)基坑開挖穩(wěn)定性的研究也逐步增多。

基坑開挖穩(wěn)定性的計(jì)算除了洛巴索夫圖解法[1]，還有滑動(dòng)面靜力平衡條件法[2]。這兩種方法主要的不同之處在于：洛巴索夫圖解法計(jì)算簡單但其穩(wěn)定系數(shù)是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的;滑動(dòng)面靜力平衡條件法是一種建立在假定土質(zhì)是均勻的、各向同性的理論方法。洛巴索夫圖解法作為建立在穩(wěn)定系數(shù)之上的簡單的經(jīng)驗(yàn)公式，由于計(jì)算的簡便性而得到廣泛的應(yīng)用，但其在基坑工程中的應(yīng)用范疇是什么，穩(wěn)定系數(shù)的實(shí)際意義到底有多大，一直沒有一個(gè)明確的界定。因此運(yùn)用滑動(dòng)面靜力平衡條件法驗(yàn)證洛巴索夫圖解法的穩(wěn)定系數(shù)的準(zhǔn)確性，并對(duì)洛巴索夫圖解法在基坑工程中的應(yīng)用范疇進(jìn)行分析，能夠更好的為洛巴索夫圖解法在基坑工程中的施工應(yīng)用提供相應(yīng)的指導(dǎo)。

1 洛巴索夫圖解法

洛巴索夫圖解法是洛巴索夫建立在大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)極限平衡理論和摩擦圓法提出的經(jīng)驗(yàn)公式。其計(jì)算公式為：

其中：hcr-土坡穩(wěn)定的臨界高度，m;c-土體黏聚力，kPa;r-土體重度，kN/m3;NS-穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)坡角α和土體內(nèi)摩擦角φ查圖1確定。

考慮到一般基坑工程建設(shè)時(shí)，其開挖角度不會(huì)太大，因此在基坑開挖面沿豎直方向傾斜角度為15°的范圍內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)查圖1可得洛巴索夫穩(wěn)定系數(shù)，查詢結(jié)果見表1。

2 滑動(dòng)面靜力平衡條件法

根據(jù)泰勒摩擦圓法可知，滑動(dòng)面上的抵抗力包括摩阻力及粘聚力兩個(gè)部分[3]。而滑動(dòng)面靜力平衡條件即土體滑動(dòng)面所受到的滑動(dòng)力與土體粘聚力和摩擦角產(chǎn)生的抗滑力相平衡時(shí)的一種狀態(tài)。

其中滑動(dòng)力T為：

3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，在不同邊坡開挖角度下，將兩種方法所獲得的穩(wěn)定系數(shù)值與土體內(nèi)摩擦角之間的關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，見圖2。

由圖2 可知，無論用哪種方法所獲取的穩(wěn)定系數(shù)值，穩(wěn)定系數(shù)值的變化趨勢(shì)都是一樣的：即隨著土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角的增加，洛巴索夫穩(wěn)定系數(shù)則逐步減小;并且隨著基坑開挖坡角的增加，其穩(wěn)定系數(shù)值也不斷增加。不同的是在土體內(nèi)摩擦角相等的條件下，由洛巴索夫圖解法所查得的穩(wěn)定系數(shù)較滑動(dòng)面極限靜力平衡條件法所得的穩(wěn)定系數(shù)大，這表明由洛巴索夫圖解法所計(jì)算的基坑垂直開挖穩(wěn)定高度值比滑動(dòng)面靜力平衡條件法計(jì)算的穩(wěn)定高度值要小，則在基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)用洛巴索夫圖解法來計(jì)算基坑穩(wěn)定性比用滑動(dòng)面靜力平衡條件法來計(jì)算要更為安全。

另外，由上文計(jì)算公式可知，土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)和土體的重度對(duì)基坑開挖穩(wěn)定性也具有重要的影響。說明在進(jìn)行基坑開挖時(shí)，土體的重度、抗剪強(qiáng)度參數(shù)的測定以及開挖坡角設(shè)計(jì)，對(duì)于基坑工程的安全性都是極為重要的。

4 結(jié)論

綜上所述，通過上述理論方法的對(duì)比驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

（1）洛巴索夫圖解法所查得的穩(wěn)定系數(shù)與土體內(nèi)摩擦角的關(guān)系，同滑動(dòng)面靜力平衡條件法的理論計(jì)算有相同的變化趨勢(shì)，說明其具有可參考性。

（2）基坑工程開挖時(shí)用洛巴索夫圖解法來計(jì)算基坑穩(wěn)定性較滑動(dòng)面靜力平衡條件法來計(jì)算更為簡單，也更有安全保障，不失為一種實(shí)用性的方法。

（3）基坑工程開挖時(shí)，土體的重度、抗剪強(qiáng)度參數(shù)的測定及運(yùn)用和合理的坡角設(shè)計(jì)能夠?yàn)榛庸こ痰姆€(wěn)定性提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]李相然.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，2009：161-163.

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[3]袁聚云，錢建固，等.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)（第四版）[M].北京：人民交通出版社，2009：169.