基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法技术

技术编号:21653049 阅读:26 留言:0更新日期:2019-07-20 04:25
本发明专利技术提供了一种基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,包括如下:推导生成SCPTu探头和静压桩贯入软土时的柱孔极限扩孔压力、球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式;模拟所述静压桩、所述探头与土层接触面的剪切破坏过程,进行室内环剪试验生成室内接触面环剪试验结论;根据所述室内接触面环剪试验结论以及所述柱孔极限扩孔压力、所述球孔极限扩孔压力、所述超静孔隙水压力的表达式建立基于SCPTu探头的测试值的单桩桩侧承载力时效性的表达式;根据所述单桩桩侧承载力时效性的表达式预测静压桩在饱和软土中沉桩结束后桩侧承载力随时间的变化。本发明专利技术能够反映成桩后桩侧承载力的变化,同时降低了由经验系数引起的不确定性。

A Method for Determining the Time-dependent Bearing Capacity of Single Pile in Soft Soil Based on the Test Value of SCPTU Probe

【技术实现步骤摘要】
基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法
本专利技术涉及岩土工程测试领域,具体地,涉及一种基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法。
技术介绍
静压桩在我国软土地区有着广泛的应用,准确、高效的确定静压桩承载力特性具有重要的意义。目前有关静力触探和静压桩的理论研究和试验有很多,但大多是分开研究。由于静压桩在软土中贯入过程的复杂性,目前确定承载力的方法主要有经验公式法和桩的静载荷试验法。包括静力触探试验法(CPT)在内的地区性经验公式法虽然应用方便,但由于缺少理论基础,其预测值的可靠性主要取决于所建立的数据库的质量,且有明确的适用地层和桩型等约束条件,因而大大限制了其工程应用。在沉桩结束后桩周土固结的研究上,对其定量的理论描述尚不成熟,大多是基于实测数据的经验回归公式,许多参数都须由经验确定,从而增加了估算的难度和不确定性。基于地震波孔压静力触探SCPTu是世界上最先进的原位测试手段之一,其探头在贯入过程中记录下了许多与土层力学性质相关的测量值,如锥尖阻力、侧摩阻力以及孔隙水压力,在探头停止贯入后,还能记录下相应位置处超静孔隙水压力的消散,为桩周土的固结分析提供依据。同时还可进行剪切波速测量,由此可计算出土的剪切模量,为了解土的力学性质提供了一个更为全面的方法。桩的静载荷试验是目前公认确定承载力最可靠的方法,但该试验费时费力,成本又高,从而限制了其在工程中的大量使用。此外,这两种方法都不能单独有效的反映软土中静压桩的承载力时效性特征,造成在实际工程设计中,工程师们往往忽略了桩的承载力时效性,设计的承载力过于保守,从而大大提高了工程造价,导致了不必要的投资浪费。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷,本专利技术的目的是提供一种基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法。本专利技术充分考虑到SCPTu探头和静压桩贯入软土时的特点,建立SCPTu探头的测试值与静压桩单桩承载力时效性之间的理论关系,并与现场实测值进行对比分析,提出一种基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,能够有效预测沉桩结束后任一时刻承载力的变化。根据本专利技术提供的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,包括如下步骤:步骤S1:推导生成SCPTu探头和静压桩贯入软土时的柱孔极限扩孔压力、球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式;步骤S2:模拟所述静压桩、所述探头与土层接触面的剪切破坏过程,进行室内环剪试验生成室内接触面环剪试验结论;步骤S3:根据所述室内接触面环剪试验结论以及所述柱孔极限扩孔压力、所述球孔极限扩孔压力、所述超静孔隙水压力的表达式建立基于SCPTu探头的测试值的单桩桩侧承载力时效性的表达式;步骤S4:根据所述单桩桩侧承载力时效性的表达式预测静压桩在饱和软土中沉桩结束后桩侧承载力随时间的变化。优选地,所述步骤S1具体为,假定所述SCPTu探头和底端静压桩的贯入过程不排水且软土的塑性区发生大变形和应变软化,采用柱孔扩张理论来模拟所述探头的锥身和所述静压桩的桩身贯入过程中应力场,采用球孔扩张理论分析所述探头的锥尖和所述静压桩的桩端的挤土受力,推导出所述柱孔极限扩孔压力和所述球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式。优选地,所述步骤S2具体为,模拟静压桩和所述探头与土层接触面的剪切破坏过程,进行室内环剪试验,确定混凝土与软土和钢材与软土接触面摩擦角的变化规律,进而生成所述室内接触面环剪试验结论。优选地,在所述步骤S3中,采用SCPTu探头测得的锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力和剪切波速四个独立参数来描述每一所述静压桩的极限承载力。优选地,所述步骤S3还包括如下步骤:步骤S301:基于太沙基一维固结方程,引入所述超静孔隙水压力分布作为初始条件,以SCPTu探头的孔压消散试验计算出的固结系数为已知参数,推导出静压桩沉桩结束后桩周土的固结解;步骤S302:根据所述室内接触面环剪试验结论以及所述柱孔极限扩孔压力、所述球孔极限扩孔压力建立基于SCPTu探头的测试值的静压桩的极限承载力的表达式;步骤S303:基于有效应力原理以所述静压桩的极限承载力的表达式为初始值,以桩周土的固结解计算出承载力变化值,推导出以SCPTu测试值计算软土中静压桩承载力时效性的表达式。优选地,所述超静孔隙水压力分布的表达式Δu为:式中:rp为塑性区半径,ri为柱孔半径;Ir为刚度指数,Ir由波速孔压静力触探试验测得的剪切波速vs计算得到:γ为土的重度,g为重力加速度;β为软化系数,β=0表示土体无扰动,β=1时土体柱孔壁处结构完全破坏,0<β<1时;cu为不排水抗剪强度;Af为斯凯普顿应力参数。优选地,所述静压桩的极限承载力Q的表达式:式中:Q为静压桩的极限承载力,Qs为静压桩的桩侧极限承载力,Qb为静压桩的桩端极限承载力,fs为探头的锥身单位侧摩阻力,qc为探头的锥尖单位阻力τs为静压桩的桩身单位侧摩阻力,qb为静压桩的桩端单位阻力,l为静压桩的埋置深度,d为静压桩的桩径,δ1为探头的锥壁与软土之间摩擦角,δ2为静压桩的桩壁与软土之间摩擦角,k1、k2为假设常量,F1为基于球孔扩张理论推出的探头的锥尖函数,F2为基于球孔扩张理论推出的静压桩的桩端函数。与现有技术相比,本专利技术具有如下的有益效果:1、本专利技术在基于SCPTu探头计算软土中单桩桩侧承载力时效性公式不仅具有严密的理论基础,还充分利用了SCPTu探头得到的所有参数,与传统的原位试验法相比,该所述单桩桩侧承载力时效性公式不但能确定单桩桩侧极限承载力,还能反映成桩后桩侧承载力的变化,同时降低了由经验系数引起的不确定性;2、本专利技术与传统的桩的承载力时效性简化分析方法不同,基于SCPTu探头计算软土中单桩桩侧承载力时效性理论解不仅考虑了多土层地基中不同土层中土体刚度指数的差异对固结过程的影响,还考虑了不同土层因固结系数不同而导致的消散速率不同的影响。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为本专利技术中基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法的流程图;图2为本专利技术中环剪仪的结构示意图;图3为本专利技术中圆锥形探头和静压桩受力对比示意图;图4为本专利技术中利用静力触探测量值推导桩的极限承载力流程图;以及图5为本专利技术中模型槽内测点布置示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术,但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本专利技术构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本实施例中,图1为本专利技术中基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法的流程图;如图1所示,本专利技术提供的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,包括如下步骤:步骤S1:推导生成SCPTu探头和静压桩贯入软土时的柱孔极限扩孔压力、球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式;步骤S2:模拟所述静压桩、所述探头与土层接触面的剪切破坏过程,进行室内环剪试验生成室内接触面环剪试验结论;步骤S3:根据所述室内接触面环剪试验结论以及所本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1:推导生成SCPTu探头和静压桩贯入软土时的柱孔极限扩孔压力、球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式;步骤S2:模拟所述静压桩、所述探头与土层接触面的剪切破坏过程,进行室内环剪试验生成室内接触面环剪试验结论;步骤S3:根据所述室内接触面环剪试验结论以及所述柱孔极限扩孔压力、所述球孔极限扩孔压力、所述超静孔隙水压力的表达式建立基于SCPTu探头的测试值的单桩桩侧承载力时效性的表达式;步骤S4:根据所述单桩桩侧承载力时效性的表达式预测静压桩在饱和软土中沉桩结束后桩侧承载力随时间的变化。

【技术特征摘要】
1.一种基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1:推导生成SCPTu探头和静压桩贯入软土时的柱孔极限扩孔压力、球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式;步骤S2:模拟所述静压桩、所述探头与土层接触面的剪切破坏过程,进行室内环剪试验生成室内接触面环剪试验结论;步骤S3:根据所述室内接触面环剪试验结论以及所述柱孔极限扩孔压力、所述球孔极限扩孔压力、所述超静孔隙水压力的表达式建立基于SCPTu探头的测试值的单桩桩侧承载力时效性的表达式;步骤S4:根据所述单桩桩侧承载力时效性的表达式预测静压桩在饱和软土中沉桩结束后桩侧承载力随时间的变化。2.根据权利要求1所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,其特征在于,所述步骤S1具体为,假定所述SCPTu探头和底端静压桩的贯入过程不排水且软土的塑性区发生变形和应变软化,采用柱孔扩张理论来模拟所述探头的锥身和所述静压桩的桩身贯入过程中应力场,采用球孔扩张理论分析所述探头的锥尖和所述静压桩的桩端的挤土受力,推导出所述柱孔极限扩孔压力和所述球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式。3.根据权利要求1所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,其特征在于,所述步骤S2具体为,模拟静压桩和所述探头与土层接触面的剪切破坏过程,进行室内环剪试验,确定混凝土与软土和钢材与软土接触面摩擦角的变化规律,进而生成所述室内接触面环剪试验结论。4.根据权利要求1所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法,其特征在于,在所述步骤S3中,采用SCPTu探头测得的锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力和剪切波速四个独立参数来描述每一所述静压桩的极限承载力。5.根据权利要求2所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员:曹权龚姝华刘奕韬杭宇郭智刚
申请(专利权)人:上海应用技术大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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