有限土体水平抗力系数的折减确定方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了有限土体水平抗力系数的折减确定方法、系统及存储介质，方法包括：建立半无限土层模型以及实际有限土层模型；确定半无限土层模型和实际有限土层模型上需要计算水平抗力系数的土体节点；对所述土体节点施加均布荷载；计算所述土体节点上土体水平抗力系数的折减系数；根据所述折减系数计算土体水平抗力系数。相较于现有通过文克尔地基模型来估算土体水平抗力系数的方法，本发明专利技术能够应用于有限土体及复杂边界的情况，提高了精确度且便于实施，可广泛应用于建筑工程技术领域。

Determination method, system and storage medium of reduction of horizontal resistance coefficient of finite soil

【技术实现步骤摘要】
有限土体水平抗力系数的折减确定方法、系统及存储介质
本专利技术涉及建筑工程
，尤其是有限土体水平抗力系数的折减确定方法、系统及存储介质。
技术介绍
在建筑基坑或涉水工程建设中，经常使用到坑内加固或围堰吹填砂、抛石等加固手段。其中，当对工程建设中的支护结构进行计算时，需要知道土体的水平抗力系数。传统方法采用文克尔地基模型研究在横向荷载和支护侧土抗力共同作用下的挠度曲线，进而可求出结构弯矩、剪力及变形。文克尔地基模型中的kh称为土的水平抗力系数，或水平基床系数，由于模型假定，kh值不是单纯的土质常数，土体实际变形量与压缩土层的厚度直接相关。对于实际工程中有限土体及复杂边界的情况，基于文克尔假定求取的土体水平抗力系数具有一定的局限性，不够精确。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种精确度高的有限土体水平抗力系数的折减确定方法、系统及存储介质。第一方面，本专利技术实施例提供了一种有限土体水平抗力系数的折减确定方法，包括以下步骤：建立半无限土层模型以及实际有限土层模型，所述半无限土层模型满足模型尺寸效应要求，所述实际有限土层模型满足边界影响要求；确定半无限土层模型和实际有限土层模型上需要计算水平抗力系数的土体节点；对所述土体节点施加均布荷载；计算所述土体节点上土体水平抗力系数的折减系数；根据所述折减系数计算土体水平抗力系数。进一步，所述建立半无限土层模型以及实际有限土层模型这一步骤，包括以下步骤：基于模型长度方向的尺寸效应影响因素，采用平面应变有限元模型来建立半无限土层模型；基于实际工况因素，建立实际有限土层模型。进一步，所述基于模型长度方向的尺寸效应影响因素，采用平面应变有限元模型来建立半无限土层模型这一步骤，包括以下步骤：根据土层厚度与基坑开挖深度，确定土体两侧模型长度；根据土体两侧模型长度和摩尔-库伦本构模型，采用细网格来建立半无限土层模型。进一步，所述实际工况因素包括有限土体的形状、多层土体的厚度以及边界条件。进一步，所述对土体节点施加均布荷载这一步骤，包括以下步骤：确定均布荷载的荷载方向；根据收敛性确定均布荷载的大小；根据荷载方向和均布荷载的大小对土体节点施加均布荷载。进一步，所述计算所述土体节点上土体水平抗力系数的折减系数这一步骤，包括以下步骤：获取所述土体节点的水平位移信息；根据水平位移信息计算各个土体节点处土体水平抗力系数的折减系数。进一步，所述根据所述折减系数计算土体水平抗力系数这一步骤，其具体为：计算各个土体节点处土体水平抗力系数的折减系数的平均值；根据所述平均值计算土体的水平抗力系数比例系数的折减系数；根据土体的水平抗力系数比例系数的折减系数计算不同深度处的土体水平抗力系数。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种有限土体水平抗力系数的折减确定系统，包括：模型构建模块，用于建立半无限土层模型以及实际有限土层模型，所述半无限土层模型满足模型尺寸效应要求，所述实际有限土层模型满足边界影响要求；土体节点确定模块，用于确定半无限土层模型和实际有限土层模型上需要计算水平抗力系数的土体节点；荷载施加模块，用于对所述土体节点施加均布荷载；折减系数计算模块，用于计算所述土体节点上土体水平抗力系数的折减系数；水平抗力系数计算模块，用于根据所述折减系数计算土体水平抗力系数。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种有限土体水平抗力系数的折减确定系统，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现所述的有限土体水平抗力系数的折减确定方法。第四方面，本专利技术实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行所述的有限土体水平抗力系数的折减确定方法。上述本专利技术实施例中的一个或多个技术方案具有如下优点：本专利技术的实施例通过建立半无限土层模型以及实际有限土层模型，然后对确定到的土体节点施加均布荷载，接着计算折减系数，最终计算得到土体水平抗力系数；相较于现有通过文克尔地基模型来估算土体水平抗力系数的方法，本专利技术能够应用于有限土体及复杂边界的情况，提高了精确度且便于实施。附图说明图1为本专利技术实施例的步骤流程图；图2为本专利技术中满足模型尺寸效应要求的近似半无限土层模型示意图；图3是本专利技术中考虑复杂边界条件的实际有限土层模型示意图；图4是本专利技术中土体水平抗力系数比例系数(m值)折减系数的计算对象示意图；图5是本专利技术中两个模型中各节点位移提取结果及土体水平抗力系数比例系数(m值)折减系数的确定过程示意图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步解释和说明。对于本专利技术实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。参照图1，本专利技术实施例提供了一种有限土体水平抗力系数的折减确定方法，包括以下步骤：建立半无限土层模型以及实际有限土层模型，所述半无限土层模型满足模型尺寸效应要求，所述实际有限土层模型满足边界影响要求；确定半无限土层模型和实际有限土层模型上需要计算水平抗力系数的土体节点；对所述土体节点施加均布荷载；计算所述土体节点上土体水平抗力系数的折减系数；根据所述折减系数计算土体水平抗力系数。具体地，本实施例建立满足模型尺寸效应要求的近似半无限土层模型，该模型采用平面应变有限元模型，考虑模型长度方向尺寸效应影响，计算土体两侧模型长度需大于3D(D为计算土层厚度与基坑开挖深度二者取大值)，同时模型应尽可能采用细网格，以提高计算精度。另外，根据实际工况建立实际有限土层模型，可考虑不同形状有限土体、多层不等厚土体等复杂边界的影响。本实施例中，除需要计算水平抗力系数的土体外，其余土层厚度、参数及边界条件需保持同半无限土层模型中土层模型一致(如图4所示)。同时模型可根据实际需要采用不同的本构模型进行线性或非线性分析。进一步作为优选的实施方式，所述建立半无限土层模型以及实际有限土层模型这一步骤，包括以下步骤：基于模型长度方向的尺寸效应影响因素，采用平面应变有限元模型来建立半无限土层模型；基于实际工况因素，建立实际有限土层模型。进一步作为优选的实施方式，所述基于模型长度方向的尺寸效应影响因素，采用平面应变有限元模型来建立半无限土层模型这一步骤，包括以下步骤：根据土层厚度与基坑开挖深度，确定土体两侧模型长度；根据土体两侧模型长度和摩尔-库伦本构模型，采用细网格来建立半无限土层模型。进一步作为优选的实施方式，所述实际工况因素包括有限土体的形状、多层土体的厚度以及边界条件。进一步作为优选的实施方式，所述对土体节点施加均布荷载这一步骤，包括以下步骤：确定均布荷载的荷载方向；根据收敛性确定均布荷载的大小；根据荷载方向和均布荷载的大小对土体节点施加均布荷载。具体地，本实施例在需计算水平抗力系数的土体节点处施加均布荷载，荷载方向为水平方向，大小根据收敛性进行选取。对常见的有限土体，当存在下卧软土层，或不考虑模型底部水平约束时，荷载可适当减小，有助于计算收敛。进一步作为优选的实施方式，所述计算所述土体节点上土体水平抗力系数的折减系数这一步骤，包括以下步骤：获取所述土体节点的水平位移信息；根据水平位移信息计算各个土体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.有限土体水平抗力系数的折减确定方法，其特征在于：包括以下步骤：建立半无限土层模型以及实际有限土层模型，所述半无限土层模型满足模型尺寸效应要求，所述实际有限土层模型满足边界影响要求；确定半无限土层模型和实际有限土层模型上需要计算水平抗力系数的土体节点；对所述土体节点施加均布荷载；计算所述土体节点上土体水平抗力系数的折减系数；根据所述折减系数计算土体水平抗力系数。

【技术特征摘要】
1.有限土体水平抗力系数的折减确定方法，其特征在于：包括以下步骤：建立半无限土层模型以及实际有限土层模型，所述半无限土层模型满足模型尺寸效应要求，所述实际有限土层模型满足边界影响要求；确定半无限土层模型和实际有限土层模型上需要计算水平抗力系数的土体节点；对所述土体节点施加均布荷载；计算所述土体节点上土体水平抗力系数的折减系数；根据所述折减系数计算土体水平抗力系数。2.根据权利要求1所述的有限土体水平抗力系数的折减确定方法，其特征在于：所述建立半无限土层模型以及实际有限土层模型这一步骤，包括以下步骤：基于模型长度方向的尺寸效应影响因素，采用平面应变有限元模型来建立半无限土层模型；基于实际工况因素，建立实际有限土层模型。3.根据权利要求2所述的有限土体水平抗力系数的折减确定方法，其特征在于：所述基于模型长度方向的尺寸效应影响因素，采用平面应变有限元模型来建立半无限土层模型这一步骤，包括以下步骤：根据土层厚度与基坑开挖深度，确定土体两侧模型长度；根据土体两侧模型长度和摩尔-库伦本构模型，采用细网格来建立半无限土层模型。4.根据权利要求2所述的有限土体水平抗力系数的折减确定方法，其特征在于：所述实际工况因素包括有限土体的形状、多层土体的厚度以及边界条件。5.根据权利要求1所述的有限土体水平抗力系数的折减确定方法，其特征在于：所述对土体节点施加均布荷载这一步骤，包括以下步骤：确定均布荷载的荷载方向；根据收敛性确定均布荷载的大小；根据荷载方向和均布荷载的大小对土体节点施加均布荷载。6.根据权利要求1所述的有限土体水平抗力系数的折减确定方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光华，姜燕，徐传堡，贾恺，李志云，陈浚鹏，
申请(专利权)人：广东省水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44