基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基抗液化判别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基抗液化判别方法，利用桩间土场地的液化指数‑场地超孔隙水压比之间的关系，根据碎石桩复合地基的场地超孔隙水压比，得出复合地基的等效液化指数；根据复合地基等效液化指数的大小，依据现行建筑抗震设计规范对碎石桩复合地基的液化等级做出评价，克服了现行建筑抗震设计规范中，针对碎石桩复合地基抗液化的“标准贯入法”判别标准只反映了碎石桩的挤密和振密效应所存在的问题；本发明专利技术综合考虑了碎石桩的挤密和振密效应、减震效应、排水减压效应；在实际工程中应用本判别标准，可以使碎石桩复合地基的设计方案更加合理，可以减少地基处理工程量、缩短施工工期、节约工程投资，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土木工程
，具体涉及一种基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基抗液化判别方法。
技术介绍
在地震作用的短暂时间内，地震所引起的振动使饱和砂土趋于密实，导致孔隙水压力急剧增加；这种急剧上升的孔隙水压力来不及消散，会使土体的有效应力减小；当孔隙水压力增大到一定程度、有效应力减小到一定程度时，场地土体由点到面开始出现液化现象，随着孔隙水压力进一步增大、有效应力进一步减小，液化区域不断扩展、场地液化程度不断加重；当有效应力完全消失时，砂土颗粒全部处于悬浮状态，土体抗剪强度等于零；此时，整个场地完全液化。因此，如何解决饱和砂土场地液化问题的关键在于降低地震作用下饱和砂土中的孔隙水压力，使土体颗粒之间具有足够的有效应力。在砂土场地中打设碎石桩，可以在以下三个方面起到抗液化的作用：(1)挤密和振密效应，碎石桩的打设在一定程度上可以将原来松散的砂土挤密和振密；相比原来松散的砂土，一方面砂土的抗剪强度得到增强、有利于提高土体颗粒之间有效应力，另一方面在同等地震作用下，由于砂土密实度得到提高，砂土中的孔隙水压力会有所降低。(2)减震效应，碎石桩的刚度比桩间松散砂土的刚度大，桩身可以承受较大的地震作用效应，从而减小了砂土中的应变水平和应力水平；这可以降低砂土中的孔隙水压力，从而提高土体颗粒之间有效应力。(3)排水减压效应，碎石桩具有良好的排水效应；地震时，砂土中的孔隙水在超孔隙水压力的作用下，可以通过渗流作用排向桩体；只要桩的布置合理，便于砂土中孔隙水的排除，就可以在很大程度上降低砂土中的孔隙水压力，从而使土体颗粒之间具有足够的有效应力，保证场地不出现液化现象。由此可见，采用振冲碎石桩消除砂土液化是多方面效应综合作用的结果。但针对碎石桩复合地基的抗液化问题，在现行《建筑抗震设计规范》规定：复合地基桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数的临界值。该“标准贯入法”的判别标准只反映了碎石桩的挤密和振密效应，未能反映其他因素对抗液化的有利影响，因而其判别结果是保守的；按该判别标准进行抗液化设计，往往会加大地基处理的工程量，延长施工工期，增加工程投资。但是，由于液化问题的复杂性，目前规范中并未给出更加合理的抗液化判别标准。针对碎石桩复合地基，设想如果能够找到一种更加合理的抗液化判别标准及评价方法，对相关工程，可以在满足安全性的前提下，施工工期短，工程投资少，为获取更大的经济效益提供技术支持，同时也会带来相应的社会效益，是当前急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服根据现有的判别标准进行抗液化设计，加大地基处理工程量、延长施工工期、增加工程投资的问题。本专利技术的基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基抗液化判别方法，为了克服现行建筑抗震设计规范中碎石桩复合地基抗液化判别标准的不足，使碎石桩复合地基抗液化设计方案更加合理，可以减少地基处理工程量、缩短施工工期、节约工程投资，具有良好的应用前景。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基抗液化判别方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，根据建筑抗震设计规范在进行场地液化判别时，规定的基本地震加速度a0、标准贯入锤击数基准值N0的对应关系，得到两者的连续函数关系式(1)，其中，两者的相关系数R2＝0.999；步骤(B)，针对碎石桩复合地基，对桩间土进行标准贯入试验，得出桩间土各土层的标准贯入锤击数；对碎石桩进行检测，得出桩径的设计参数；步骤(C)，针对碎石桩复合地基，先屏蔽碎石桩的作用，根据桩间土标准贯入试验的结果，参照建筑抗震设计规范中的液化判别方法，分别计算桩间土场地在N0＝7、10、12、16、19击时，对应的液化指数IlE(7)、IlE(10)、IlE(12)、IlE(16)、IlE(19)；同时，通过试算的方法，找到液化指数IlE等于0时的N0值，将该N0值计为Ne，则Ne满足如下要求：IlE(Ne)＝0，当N0＞Ne时、IlE(N0)＞0；步骤(D)，根据步骤(A)中N0与a0之间的连续函数关系式(1)，求得Ne所对应的基本地震加速度ae；步骤(E)，针对碎石桩复合地基，先屏蔽碎石桩的作用，根据桩间土的物理力学指标，利用FLAC3D软件，采用Finn本构关系，建立相应的桩间土场地液化分析数值模型；所述桩间土场地液化分析数值模型中，参与液化分析的土层为地面以下20m范围内的饱和砂土层及粉土层；步骤(F)，针对桩间土场地液化分析数值模型，将a0＝ae、0.10g、0.15g、0.20g、0.30g、0.40g所对应的地震加速度时程a0(t)加载到桩间土场地液化分析数值模型上，计算相应地震作用下有关土层的超孔隙水压比γu；所选用的地震加速度时程a0(t)满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值、持续时间，其中，g为重力加速度；步骤(G)：根据步骤(E)中计算所得的地震作用下有关土层的超孔隙水压比γu，以及桩间土场地液化分析数值模型中参与液化分析土层的分布情况，计算桩间土场地在地震加速度时程a0(t)作用下相应的场地超孔隙水压比γus，其值分别为γus(ae)、γus(0.10g)、γus(0.15g)、γus(0.20g)、γus(0.30g)、γus(0.40g)；步骤(H)，根据步骤(C)及步骤(G)的计算结果，得到桩间土场地的液化指数IlE与场地超孔隙水压比γus之间的对应值，如下表所示，γusγus(ae)γus(0.10g)γus(0.15g)γus(0.20g)γus(0.30g)γus(0.40g)IlE0IlE(7)IlE(10)IlE(12)IlE(16)IlE(19)步骤(I)，根据步骤(H)的计算结果，得到屏蔽碎石桩作用下的桩间土场地IlE与γus之间的关系函数IlE＝f(γus)；其中，γus(ae)为场地临界超孔隙水压比，当γus≤γus(ae)时，取IlE＝0；步骤(J)，继续利用FLAC3D软件，采用Finn本构关系，建立碎石桩复合地基数值模型，将工程设计所需的地震加速度a对应的地震加速度时程a(t)加载到碎石桩复合地基数值模型上，计算地震作用下碎石桩复合地基的桩间土有关土层的超孔隙水压比γu1；所选用的地震加速度时程a(t)满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值、持续时间；步骤(K)，根据碎石桩复合地基的桩间土有关土层的超孔隙水压比γu1，以及参与液化分析土层的分布情况，求出碎石桩复合地基的场地超孔隙水压比γus1；步骤(L)，根据碎石桩复合地基的场地超孔隙水压比γus1，利用步骤(I)中屏蔽碎石桩作用下的桩间土场地IlE与γus之间的关系函数，将γus1等同于γus，求出碎石桩复合地基的等效液化指数IlE1，IlE1＝f(γus1)；步骤(M)，根据碎石桩复合地基的等效液化指数IlE1，参照建筑抗震设计规范对碎石桩复合地基的液化等级做出评价，并配合复合地基的设计方案进行优化。前述的基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基抗液化判别方法，其特征在于：步骤(I)，根据步骤(H)的计算结果，得到屏蔽碎石桩作用下的桩间土场地IlE与γus之间的关系函数IlE＝f(γus)，过程如下，步骤(I1)，根据建筑抗震设计规范，通过公式(2)和公式(3)计算不同N0所对应场地的液化指数IlE本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基抗液化判别方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，根据建筑抗震设计规范在进行场地液化判别时，规定的基本地震加速度a0、标准贯入锤击数基准值N0的对应关系，得到两者的连续函数关系式(1)，N0=105.2a03-128.4a02+82.40a0---(1)]]>其中，两者的相关系数R2＝0.999；步骤(B)，针对碎石桩复合地基，对桩间土进行标准贯入试验，得出桩间土各土层的标准贯入锤击数；对碎石桩进行检测，得出桩径的设计参数；步骤(C)，针对碎石桩复合地基，先屏蔽碎石桩的作用，根据桩间土标准贯入试验的结果，参照建筑抗震设计规范中的液化判别方法，分别计算桩间土场地在N0＝7、10、12、16、19击时，对应的液化指数IlE(7)、IlE(10)、IlE(12)、IlE(16)、IlE(19)；同时，通过试算的方法，找到液化指数IlE等于0时的N0值，将该N0值计为Ne，则Ne满足如下要求：IlE(Ne)＝0，当N0＞Ne时、IlE(N0)＞0；步骤(D)，根据步骤(A)中N0与a0之间的连续函数关系式(1)，求得Ne所对应的基本地震加速度ae；步骤(E)，针对碎石桩复合地基，先屏蔽碎石桩的作用，根据桩间土的物理力学指标，利用FLAC3D软件，采用Finn本构关系，建立相应的桩间土场地液化分析数值模型；所述桩间土场地液化分析数值模型中，参与液化分析的土层为地面以下20m范围内的饱和砂土层及粉土层；步骤(F)，针对桩间土场地液化分析数值模型，将a0＝ae、0.10g、0.15g、0.20g、0.30g、0.40g所对应的地震加速度时程a0(t)加载到桩间土场地液化分析数值模型上，计算相应地震作用下有关土层的超孔隙水压比γu；所选用的地震加速度时程a0(t)满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值、持续时间，其中，g为重力加速度；步骤(G)：根据步骤(E)中计算所得的地震作用下有关土层的超孔隙水压比γu，以及桩间土场地液化分析数值模型中参与液化分析土层的分布情况，计算桩间土场地在地震加速度时程a0(t)作用下相应的场地超孔隙水压比γus，其值分别为γus(ae)、γus(0.10g)、γus(0.15g)、γus(0.20g)、γus(0.30g)、γus(0.40g)；步骤(H)，根据步骤(C)及步骤(G)的计算结果，得到桩间土场地的液化指数IlE与场地超孔隙水压比γus之间的对应值，如下表所示，γusγus(ae)γus(0.10g)γus(0.15g)γus(0.20g)γus(0.30g)γus(0.40g)IlE0IlE(7)IlE(10)IlE(12)IlE(16)IlE(19)步骤(I)，根据步骤(H)的计算结果，得到屏蔽碎石桩作用下的桩间土场地IlE与γus之间的关系函数IlE＝f(γus)；其中，γus(ae)为场地临界超孔隙水压比，当γus≤γus(ae)时，取IlE＝0；步骤(J)，继续利用FLAC3D软件，采用Finn本构关系，建立碎石桩复合地基数值模型，将工程设计所需的地震加速度a对应的地震加速度时程a(t)加载到碎石桩复合地基数值模型上，计算地震作用下碎石桩复合地基的桩间土有关土层的超孔隙水压比γu1；所选用的地震加速度时程a(t)满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值、持续时间；步骤(K)，根据碎石桩复合地基的桩间土有关土层的超孔隙水压比γu1，以及参与液化分析土层的分布情况，求出碎石桩复合地基的场地超孔隙水压比γus1；步骤(L)，根据碎石桩复合地基的场地超孔隙水压比γus1，利用步骤(I)中屏蔽碎石桩作用下的桩间土场地IlE与γus之间的关系函数，将γus1等同于γus，求出碎石桩复合地基的等效液化指数IlE1，IlE1＝f(γus1)；步骤(M)，根据碎石桩复合地基的等效液化指数IlE1，参照建筑抗震设计规范对碎石桩复合地基的液化等级做出评价，并配合复合地基的设计方案进行优化。...

【技术特征摘要】
1.基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基抗液化判别方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，根据建筑抗震设计规范在进行场地液化判别时，规定的基本地震加速度a0、标准贯入锤击数基准值N0的对应关系，得到两者的连续函数关系式(1)，N0=105.2a03-128.4a02+82.40a0---(1)]]>其中，两者的相关系数R2＝0.999；步骤(B)，针对碎石桩复合地基，对桩间土进行标准贯入试验，得出桩间土各土层的标准贯入锤击数；对碎石桩进行检测，得出桩径的设计参数；步骤(C)，针对碎石桩复合地基，先屏蔽碎石桩的作用，根据桩间土标准贯入试验的结果，参照建筑抗震设计规范中的液化判别方法，分别计算桩间土场地在N0＝7、10、12、16、19击时，对应的液化指数IlE(7)、IlE(10)、IlE(12)、IlE(16)、IlE(19)；同时，通过试算的方法，找到液化指数IlE等于0时的N0值，将该N0值计为Ne，则Ne满足如下要求：IlE(Ne)＝0，当N0＞Ne时、IlE(N0)＞0；步骤(D)，根据步骤(A)中N0与a0之间的连续函数关系式(1)，求得Ne所对应的基本地震加速度ae；步骤(E)，针对碎石桩复合地基，先屏蔽碎石桩的作用，根据桩间土的物理力学指标，利用FLAC3D软件，采用Finn本构关系，建立相应的桩间土场地液化分析数值模型；所述桩间土场地液化分析数值模型中，参与液化分析的土层为地面以下20m范围内的饱和砂土层及粉土层；步骤(F)，针对桩间土场地液化分析数值模型，将a0＝ae、0.10g、0.15g、0.20g、0.30g、0.40g所对应的地震加速度时程a0(t)加载到桩间土场地液化分析数值模型上，计算相应地震作用下有关土层的超孔隙水压比γu；所选用的地震加速度时程a0(t)满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值、持续时间，其中，g为重力加速度；步骤(G)：根据步骤(E)中计算所得的地震作用下有关土层的超孔隙水压比γu，以及桩间土场地液化分析数值模型中参与液化分析土层的分布情况，计算桩间土场地在地震加速度时程a0(t)作用下相应的场地超孔隙水压比γus，其值分别为γus(ae)、γus(0.10g)、γus(0.15g)、γus(0.20g)、γus(0.30g)、γus(0.40g)；步骤(H)，根据步骤(C)及步骤(G)的计算结果，得到桩间土场地的液化指数IlE与场地超孔隙水压比γus之间的对应值，如下表所示，γusγus(ae)γus(0.10g)γus(0.15g)γus(0.20g)γus(0.30g)γus(0.40g)IlE0IlE(7)IlE(10)IlE(12)IlE(16)IlE(19)步骤(I)，根据步骤(H)的计算结果，得到屏蔽碎石桩作用下的桩间土场地IlE与γus之间的关系函数IlE＝f(γus)；其中，γus(ae)为场地临界超孔隙水压比，当γus≤γus(ae)时，取IlE＝0；步骤(J)，继续利用FLAC3D软件，采用Finn本构关系，建立碎石桩复合地基数值模型，将工程设计所需的地震加速度a对应的地震加速度时程a(t)加载到碎石桩复合地基数值模型上，计算地震作用下碎石桩复合地基的桩间土有关土层的超孔隙水压比γu1；所选用的地震加速度时程a(t)满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值、持续时间；步骤(K)，根据碎石桩复合地基的桩间土有关土层的超孔隙水压比γu1，以及参与液化分析土层的分布情况，求出碎石桩复合地基的场地超孔隙水压比γus1；步骤(L)，根据碎石桩复合地基的场地超孔隙水压比γus1，利用步骤(I)中屏蔽碎石桩作用下的桩间土场地IlE与γus之间的关系函数，将γus1等同于γus，求出碎石桩复合地基的等效液化指数IlE1，IlE1＝f(γus1)；步骤(M)，根据碎石桩复合地基的等效液化指数IlE1，参照建筑抗震设计规范对碎石桩复合地基的液化等级做出评价，并配合复合地基的设计方案进行优化。2.根据权利要求1所述的基于超孔隙水压比的碎石桩复合地基...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红前，束加庆，孙一帆，顾晓庆，刘爽，吴兆和，张戈，王兵，孙良辰，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32