碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法技术

本发明专利技术公开了碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，包括以下步骤：步骤1、拟定碎石强夯置换处理的淤泥软土地基的基本参数；步骤2、使用有限单元离散碎石强夯置换处理后的淤泥软土地基；步骤3、计算有限单元结点的孔隙水压力；步骤4、根据潘家铮最大值原理建立碎石强夯置换处理后的淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型；步骤5、使用内点算法求解淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型，获得淤泥软土地基群桩极限承载力。本发明专利技术建立求解碎石强夯置换处理的滨海淤泥软土地基群桩极限承载力的数学规划模型，通过内点算法求解该数学规划模型以获得地基的极限承载力，并可计算得到地基的应力场和点安全系数分布规律。

【技术实现步骤摘要】
碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法
本专利技术涉及地基处理
，具体涉及碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法。
技术介绍
在我国沿海地区，地层主要由滨海相沉积、三角洲相沉积形成，在地表以下大量分布着厚度不均的淤泥质软土。淤泥土的主要特点是还有大量的有机物腐殖质、颜色呈深灰，天然含水量在40％～70％，孔隙比大于1，容重较低。淤泥土的强度非常低、压缩性较大。在滨海淤泥土地基上修建建筑物，天然地基的承载力一般满足不了设计要求，一般均需要对滨海淤泥土地基进行地基处理。在当前主流的淤泥土地基处理方法包括：换填法、桩基法、预压固结法、碎石强夯换填法等。其中碎石强夯换填法是近年来处理淤泥软土地基的新方法，其有着施工速度快、成本低，处理以后地基承载力高的特点，使用碎石强夯换填法处理淤泥土地基以后，桩间淤泥土被挤密、碎石桩基础形成群桩效应，具有较好的加固效果。由于碎石强夯换填法处理淤泥土地基的复杂性，一般使用现场试验方法确定处理以后的淤泥软土地基的极限承载力，还缺乏高效的淤泥土地基的群桩极限承载力计算的数值方法。鉴于此，本专利技术基于潘家铮最大值原理，提出一种碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，可以获得滨海淤泥软土地基使用碎石强夯置换处理后群桩的极限承载力值，以及地基的应力场分布规律和点安全系数分布规律。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，以获得滨海淤泥软土地基群桩的极限承载力，为地基承载力计算提供一种新的方法。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，包括以下步骤：步骤1、拟定碎石强夯置换处理的淤泥软土地基的基本参数；步骤2、使用有限单元离散碎石强夯置换处理后的淤泥软土地基；步骤3、计算有限单元结点的孔隙水压力；步骤4、根据潘家铮最大值原理建立碎石强夯置换处理后的淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型；步骤5、使用内点算法求解淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型，获得淤泥软土地基群桩极限承载力。进一步的，还包括步骤6、计算淤泥软土地基土体的主应力、最大切应力；步骤7、计算淤泥软土地基土体的点安全系数，并绘制点安全系数等值线。进一步的，所述步骤1中拟定碎石强夯置换处理的淤泥软土地基的基本参数包括：夯置换碎石桩群桩布置方案，碎石桩置换深度、碎石桩置换范围，碎石桩的容重和抗剪参数，原地基土进行强夯置换以后的容重和抗剪参数，地基地下水位信息。进一步的，所述的步骤2具体为：构造地基的应力场，使用三结点有限单元离散碎石强夯置换处理后的滨海淤泥软土地基，设总体坐标系为(x,y)，x轴水平向右，y轴竖直向上，在总体坐标系下，地基土体的中的任意一个有限单元e有三个结点，三个结点为第一结点1、第二结点2、第三结点3；第e个单元的第i个结点具有沿x方向的有效正应力沿y方向的有效正应力和切应力其中，i＝1,2,3；同时，每个结点还有孔隙水压力作用，第e个单元的第i个结点作用有孔隙水压力其中，i＝1,2,3。进一步的，所述步骤3、计算有限单元结点的孔隙水压力具体为：假设基地中地下水为静止水位，地基中的渗流场为稳定渗流场，有限单元结点的孔隙水压力按下式计算：式中：是第e个单元的第i个结点作用有孔隙水压力，γw是水的容重，是第e个单元的第i个结点的竖直坐标，Hw是地基的地下水位，i＝1,2,3，e＝(1,L,Ne)，Ne是滨海淤泥软土地基中有限单元的数量。进一步的，所述的步骤4具体为：根据潘家铮最大值原理构造有限单元的应力场和目标函数，具体为：①建立群桩极限承载力目标函数；②建立地基土体有限单元的平衡方程约束条件；③建立地基土体有限单元公共边的应力连续约束条件；④建立地基土体有限单元的屈服约束条件；⑤建立地基土体有限单元静力边界约束条件；⑥建立碎石强夯置换处理后的滨海淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型。进一步的，所述的步骤4具体为：①建立群桩极限承载力目标函数：根据潘家铮最大值原理，需要求解地基群桩表面上作用的均布载荷的最大值，因此目标函数如下：Maximize:Pd(2)式中：Maximize表示“求最大”；Pd是作用在地基群桩表面上的均布荷载；②建立地基土体有限单元的平衡方程约束条件：Aeσe＝Bepe+Ce(3)式中：e＝(1,L,Ne)，Ne是地基中有限单元的数量；是分别是三角形有限单元e的6个形函数系数；分别是有限单元e的第一结点、第二结点、第三结点沿x方向的有效正应力；分别是有限单元e的第一结点、第二结点、第三结点沿y方向的有效正应力；分别是有限单元e的第一结点、第二结点、第三结点的切应力；分别是有限单元e的第一结点、第二结点、第三结点的孔隙水压力；Ae是有限单元e的面积；γe是有限单元e的容重；③建立地基土体有限单元公共边的应力连续约束条件；式中：d＝(1,L,Nd)，Nd是地基中有限单元公共边的数量；θd是有限单元公共边的倾角，逆时针为正；分别是有限单元公共边d的第一结点、第二结点、第三结点、第四结点沿x方向的有效正应力；分别是有限单元公共边d的第一结点、第二结点、第三结点、第四结点沿y方向的有效正应力；分别是有限单元公共边d的第一结点、第二结点、第三结点、第四结点的切应力；④建立地基土体有限单元的屈服约束条件：Anσn＝Bn(5)式中：n＝(1L,N,z，Nz是地基中有限单元结点的数量；Ck＝2sin(2kπ/p)；k＝(1,L,p)，p地基土体材料摩尔库伦屈服条件线性化正多边形的边数；是第n个结点沿x方向的有效正应力；是第n个结点沿y方向的有效正应力；是第n个结点的切应力；是结点n的内摩擦角；cn是结点n的凝聚力；⑤建立地基土体有限单元静力边界约束条件：地基表面无外荷载作用的边界上的静力边界条件如下：式中：b＝(1L,N,b，Nb是地基边界上无外荷载作用的有限单元的数量；分别是边界上有限单元b中靠边界的两个结点的沿x方向的有效正应力；分别是边界上有限单元b中靠边界的两个结点的沿y方向的有效正应力；分别是边界上有限单元b中靠边界的两个结点的切应力；θb是边界上有限单元b靠边界的两个结点连线的倾角，逆时针为正；在地基群桩表面有均布荷载作用Pd的边界上的静力边界条件如下：式中：s＝(1L,N,s，Ns是地基边界上有均布荷载作用的有限单元的数量；分别是边界上有限单元s中靠边界的两个结点的沿x方向的有效正应力；分别是边界上有限单元s中靠边界的两个结点的沿y方向的有效正应力；分别是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、拟定碎石强夯置换处理的淤泥软土地基的基本参数；/n步骤2、使用有限单元离散碎石强夯置换处理后的淤泥软土地基；/n步骤3、计算有限单元结点的孔隙水压力；/n步骤4、根据潘家铮最大值原理建立碎石强夯置换处理后的淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型；/n步骤5、使用内点算法求解淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型，获得淤泥软土地基群桩极限承载力。/n

【技术特征摘要】
1.碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、拟定碎石强夯置换处理的淤泥软土地基的基本参数；
步骤2、使用有限单元离散碎石强夯置换处理后的淤泥软土地基；
步骤3、计算有限单元结点的孔隙水压力；
步骤4、根据潘家铮最大值原理建立碎石强夯置换处理后的淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型；
步骤5、使用内点算法求解淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型，获得淤泥软土地基群桩极限承载力。


2.根据权利要求1所述的碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，其特征在于：还包括步骤6、计算淤泥软土地基土体的主应力、最大切应力；步骤7、计算淤泥软土地基土体的点安全系数，并绘制点安全系数等值线。


3.根据权利要求1所述的碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，其特征在于：所述步骤1中拟定碎石强夯置换处理的淤泥软土地基的基本参数包括：夯置换碎石桩群桩布置方案，碎石桩置换深度、碎石桩置换范围，碎石桩的容重和抗剪参数，原地基土进行强夯置换以后的容重和抗剪参数，地基地下水位信息。


4.根据权利要求1所述的碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，其特征在于：所述的步骤2具体为：构造地基的应力场，使用三结点有限单元离散碎石强夯置换处理后的滨海淤泥软土地基，设总体坐标系为(x,y)，x轴水平向右，y轴竖直向上，在总体坐标系下，地基土体的中的任意一个有限单元e有三个结点，三个结点为第一结点(1)、第二结点(2)、第三结点(3)；第e个单元的第i个结点具有沿x方向的有效正应力沿y方向的有效正应力和切应力其中，i＝1,2,3；同时，每个结点还有孔隙水压力作用，第e个单元的第i个结点作用有孔隙水压力其中，i＝1,2,3。


5.根据权利要求1所述的碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，其特征在于：所述步骤3、计算有限单元结点的孔隙水压力具体为：假设基地中地下水为静止水位，地基中的渗流场为稳定渗流场，有限单元结点的孔隙水压力按下式计算：



式中：是第e个单元的第i个结点作用有孔隙水压力，γw是水的容重，是第e个单元的第i个结点的竖直坐标，Hw是地基的地下水位，i＝1,2,3，e＝(1,L,Ne)，Ne是滨海淤泥软土地基中有限单元的数量。


6.根据权利要求1所述的碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，其特征在于：所述的步骤4具体为：根据潘家铮最大值原理构造有限单元的应力场和目标函数，具体为：①建立群桩极限承载力目标函数；②建立地基土体有限单元的平衡方程约束条件；③建立地基土体有限单元公共边的应力连续约束条件；④建立地基土体有限单元的屈服约束条件；⑤建立地基土体有限单元静力边界约束条件；⑥建立碎石强夯置换处理后的滨海淤泥软土地基群桩极限承载力的线性规划模型。


7.根据权利要求6所述的碎石强夯置换的淤泥软土地基群桩极限承载力计算方法，其特征在于：所述的步骤4具体为：
①建立群桩极限承载力目标函数：根据潘家铮最大值原理，需要求解地基群桩表面上作用的均布载荷的最大值，因此目标函数如下：
Maximize:Pd(2)
式中：Maximize表示“求最大”；Pd是作用在地基群桩表面上的均布荷载；
②建立地基土体有限单元的平衡方程约束条件：
Aeσe＝Bepe+Ce(3)
式中：e＝(1,L,Ne)，Ne是地基中有限单元的数量；










是分别是三角形有限单元e的6个形函数系数；

分别是有限单元e的第一结点(1)、第二结点(2)、第三结点(3)沿x方向的有效正应力；

分别是有限单元e的第一结点(1)、第二结点(2)、第三结点(3)沿y方向的有效正应力；

分别是有限单元e的第一结点(1)、第二结点(2)、第三结点(3)的切应力；

分别是有限单元e的第一结点(1)、第二结点(2)、第三结点(3)的孔隙水压力；
Ae是有限单元e的面积；γe是有限单元e的容重；
③建立地基土体有限单元公共边的应力连续约束条件；



式中：d＝(1,L,Nd)，Nd是地基中有限单元公共边的数量；









θd是有限单元公共...

【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，秦勇光，郝勇，眭素刚，高楠，张劼，周志恒，张腾龙，华明亮，李泽，
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