获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法技术

本发明专利技术公开了一种获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，属于地基处理技术领域。本发明专利技术根据淤泥软土地基的基本参数，建立夯锤与淤泥软土地基有限单元的显示动力学偏微分方程，使用中心差分法求解，获得了与实际接近的夯锤与地基接触面的法向压应力时程；然后建立淤泥软土地基的地基土弹塑性动力学模型，将夯锤与地基接触面的法向压应力时程作为地基的有限差分动力学模型的外力边界条件，使用有限差分法求解地基的有限差分动力学模型，获得强夯过程中不同深度的地基土体的力学性状态指标。

The method of obtaining the mechanical property index of the soil strengthened by dynamic compaction in the silt soft soil foundation

【技术实现步骤摘要】
获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法
本专利技术涉及一种获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，属于地基处理

技术介绍
我国沿海地区分布着大量的淤泥软土层，淤泥软土一般属于欠固结的土体，其孔隙率和含水量较大、容易产生较大的压缩变形引起地基不均匀沉降；淤泥软土层的承载力较低，需要进行地基加固处理才能保证地基的承载力和稳定性。近年来，出现了使用强夯法对淤泥软土地基进行加固的新技术。强夯法也叫动力固结法，强夯法的主要原理是：借助夯锤(10～40吨)自由下落产生的强大冲击能(能级500～15000kN·m)和夯击过程中产生的冲击波反复夯压地基土体，将一定深度范围内的软土夯压密实，从而大幅度降低土层的压缩性、提高地基的承载力。当前，在软土地基强夯施工时一般使用现场试验来确定强夯以后地基土体的土样力学性状指标(包括应力、位移、孔隙水压力等)的变化规律，以评价强夯加固效果；但现场试验方法测试周期长、操作复杂、成本高，而且以便只能获取地表附件土体的性状指标、难于获取一定深度一下的土体性状指标。淤泥软土地基的强夯加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：/n步骤1、拟定淤泥软土地基的基本参数，包括：淤泥软土地基场地地层分布信息，土体物理力学参数，地下水位信息；/n步骤2、拟定淤泥软土地基强夯加固方案，包括：地基强夯点位置、夯锤的几何尺寸、夯锤密度、夯锤自重、夯击能；/n步骤3、使用显示动力学方法计算夯锤与地基土接触面的法向压应力时程，获得夯锤与地基土接触面的法向压力；/n步骤4、建立淤泥软土地基的地基土弹塑性动力学模型；其中夯锤与地基土接触面的法向压力作为淤泥软土地基的地基土弹塑性动力学模型的外力边界条件；/n步骤5、使用有限差分法求解淤泥软土地基的地基土...

【技术特征摘要】
1.一种获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤1、拟定淤泥软土地基的基本参数，包括：淤泥软土地基场地地层分布信息，土体物理力学参数，地下水位信息；
步骤2、拟定淤泥软土地基强夯加固方案，包括：地基强夯点位置、夯锤的几何尺寸、夯锤密度、夯锤自重、夯击能；
步骤3、使用显示动力学方法计算夯锤与地基土接触面的法向压应力时程，获得夯锤与地基土接触面的法向压力；
步骤4、建立淤泥软土地基的地基土弹塑性动力学模型；其中夯锤与地基土接触面的法向压力作为淤泥软土地基的地基土弹塑性动力学模型的外力边界条件；
步骤5、使用有限差分法求解淤泥软土地基的地基土的弹塑性动力学模型，获得不同深度地基土的力学性状指标。


2.根据权利要求1所述的获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，其特征在于：所述步骤1中，土体物理力学参数包括密度、内摩擦角、凝聚力、弹性模量、泊松比、渗透系数。


3.根据权利要求1所述的获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，其特征在于：所述步骤3具体为：
①根据夯锤的几何尺寸建立夯锤的实体模型，根据地层分布信息同时建立地基土的实体模型；
②建立夯锤的弹性有限元模型：根据夯锤的实体模型，划分夯锤的有限单元，并将夯锤的有限单元假设为刚体，设置夯锤有限单元的密度；
建立淤泥软土地基的弹性有限元模型：根据地基的实体模型，划分地基土的有限单元，并统计有限单元数量，并将地基土的有限单元的假设为弹性体，设置地基土有限单元的密度、弹性模量、泊松比；
③在夯锤的弹性有限元模型和淤泥软土地基的弹性有限元模型之间的接触面上设置接触单元；
④建立夯锤-地基土有限单元的动量守恒方程：



式中：和分别是夯锤和地基土沿x、y和z三个方向的有限单元结点加速度；ρ是夯锤和地基土的密度；bx,by,bz分别是夯锤和地基土沿x,y和z三个方向的有限单元结点体加速度；σxx是夯锤和地基土沿x方向的有限单元结点正应力，σyy是夯锤和地基土沿y方向的有限单元结点正应力，σzz是夯锤和地基土沿z方向的有限单元结点正应力，σxy是夯锤和地基土作用在垂直于x轴平面上且沿y方向的有限单元结点切应力，σxz是夯锤和地基土作用在垂直于x轴平面上且沿z方向的有限单元结点切应力，σyx是夯锤和地基土作用在垂直于y轴平面上且沿x方向的有限单元结点切应力，σyz是夯锤和地基土作用在垂直于y轴平面上且沿z方向的有限单元结点切应力，σzx是夯锤和地基土作用在垂直于z轴平面上且沿x方向的有限单元结点切应力，σzy是夯锤和地基土作用在垂直于z轴平面上且沿y方向的有限单元结点切应力；
⑤建立夯锤-地基土有限单元的能量守恒方程：



式中：是外功率密度；是夯锤和地基土沿x方向的有限单元结点正应变率，是夯锤和地基土沿y方向的有限单元结点正应变率，是夯锤和地基土沿z方向的有限单元结点正应变率，是夯锤和地基土作用在垂直于x轴平面上且沿y方向的有限单元结点切应变率，是夯锤和地基土作用在垂直于y轴平面上且沿z方向的有限单元结点切应变率，是夯锤和地基土作用在垂直于z轴平面上且沿x方向的有限单元结点切应变率；
⑥建立夯锤与地基土有限单元的显示动力学偏微分方程：



式中：和分别是中心差分格式下夯锤和地基土沿x、y和z三个方向的有限单元结点加速度；Fx、Fy和Fz分别是夯锤和地基土作用在沿x,y和z三个方向的有限单元结点力，m是分布在夯锤有限单元和地基土有限单元的质量；
在确定了夯锤和地基土时刻n的加速度后，则n+1/2时刻的速度按下式计算：



式中：和是n+1/2时刻中心差分格式下夯锤和地基土沿x、y和z三个方向的有限单元结点速度，和分别是n-1/2时刻中心差分格式下夯锤和地基土沿x、y和z三个方向的有限单元结点速度，和分别是n时刻中心差分格式下夯锤和地基土沿x、y和z三个方向的有限单元结点加速度，Δtn是n-1时刻至n时刻的时间步长；
通过对速度积分更新得到最后n+1时刻的位移：



式中：和分别是n+1时刻中心差分格式下夯锤和地基土沿x、y和z三个方向的有限单元结点位移，和分别是n+1/2时刻中心差分格式下夯锤和地基土沿x、y和z三个方向的有限单元结点位移，和是n+1/2时刻中心差分格式下夯锤和地基土沿x、y和z三个方向的有限单元结点速度，Δtn+1/2是n时刻至n+1/2时刻的时间步长；
⑦设置夯锤与淤泥软土地基的外荷载，包括：设置夯锤的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文连，李鸿翔，张国海，韩鹏伟，贺加乐，吴胤龙，眭素刚，闫鼎煜，秦勇光，郝勇，高楠，张劼，周志恒，张腾龙，华明亮，李泽，尹飞，
申请(专利权)人：中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53