准弹性模型

准弹性模型是指支护结构发生相向围岩方向的变形引起的围岩对支护结构的约束反力。其作用是限制衬砌变形改善衬砌受力状态提高衬砌结构承载力。

简介隧道弹性抗力的计算主要采用局部变形理论，它是以温克尔（E。Winkler）假定为基础的。该理论认为围岩的弹性抗力与围岩在该点的变形成正比，即：

——围岩表面任意一点i的压缩变形（m）；

——围岩在i点上所产生的的弹性抗力（Mpa）；

k——围岩的弹性抗力系数（Mpa/m）。

该理论相当于把围岩简化为一系列彼此独立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱。某一弹簧受到压缩时产生的反作用力只与该弹簧有关，而与其他弹簧无关。虽然实际的弹簧体变形是相互影响的，施加于一点的荷载会引起整个弹性体表面的变形，即共同变形，但温克尔假定能反映衬砌应力-变形的主要因素，且计算简单实用，可以满足工程设计的需要。应当指出的是，弹性抗力系数并非常数，它取决于很多因素，如围岩的性质、衬砌的形状和尺寸、荷载类型等，但对于深埋隧道可取为常数。1

基坑支护设计的弹性抗力法在基坑支护设计中，确定了支护结构型式后，选择正确的计算模型进行详细设计计算至关重要。基坑支护设计计算方法大致可分为三类。第一类是常规设计方法 (静力平衡法 )； 第二类称为弹性抗力法；第三类是有限元方法。

土压力分布模式基坑底面以下土压力分布模式有 4种假定 ，即“土压力零点分布”模式、“零分布”模式、“梯形分布”模式和“矩形分布”模式。

“土压力零点分布”模式，是取土压力强度零点以下土压力值为零。因为主、被动土压力相减后，在土压力零点以下的力为净被动土压力，净被动土压力正好由弹簧模拟。但应注意的是采用这种土压力分布，土水平抗力系数不应取值过大。

“零分布”模式，是指基坑底面以下土压力分布为零。采用这种分布模式较不安全。

“梯形分布”模式，基坑底面以下桩背土压力分布模式为梯形，坑底处取主动土压力值，开挖面以下任意深度位置取主动土压力和被动土压 力的代数和，且不能小于零。这种模式考虑了变形对土压力分布的影响，是一种较好的模式。

“矩形分布”模式，是指基坑底面以下桩背土压力分布图形为矩形，其值取坑底处土压力值。这种分布模式较安全。

在实际工程设计时一般采用“矩形分布”模式。2

多支撑板桩墙的计算模型多支撑板桩墙的计算，应按实际工况进行，挖土和支撑的顺序为：第一阶段挖土→第一层支撑→第二阶段挖土→第i- 1层支撑→第i阶段挖土→加层垫层→(拆除第i- 1层支撑 )。

能否使设计的锚撑 - 板桩结构满足变形与承载力协调一致，决定了这种支护体系是否设计合理与失败。[3]

( 1) 第一步开挖板桩呈悬臂状态时，应计算板桩剪力、弯矩及桩顶位移，判断是否满足设计要求，若不满足 ，则调整板桩设计及开挖深度，如板桩入土深度等。

( 2) 加第一道锚撑及进行第二步开挖。按照弹性抗力法计算第一道锚撑反力、锚撑点位移、桩顶位移、最大位移、桩剪力及桩弯矩。

( 3) 加第二道锚撑及进行第三次开挖。这时应计算第一及第二道锚撑处的支点反力、支点位移、桩顶位移、最大位移、桩剪力及桩弯矩。

( 4) 多道锚撑的计算重复上述步骤进行，直至所设计的每道锚撑反力及位移满足协调要求为止。

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学