确定强夯过程夯沉量和最佳夯击次数的方法技术

本申请公开了一种确定强夯过程夯沉量和最佳夯击次数的方法，涉及土木工程地基处理相关技术领域。确定强夯过程夯沉量的方法包括将强夯过程划分为冲击加载阶段和卸载回弹阶段；建立冲击加载阶段的夯锤位移时程方程，得到冲击加载阶段夯锤的位移；建立卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程，得到卸载回弹阶段夯锤的回弹位移；将冲击加载阶段夯锤的位移减去卸载回弹阶段夯锤的回弹位移计算得到强夯过程的夯沉量。本申请分别建立冲击加载阶段和卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程，并根据上述的夯锤位移时程方程计算得到强夯过程的夯沉量，为夯沉量的确定提供了理论依据，本申请能够计算强夯过程的夯沉量，并进一步根据夯沉量判断强夯过程的最佳夯击次数。

【技术实现步骤摘要】
确定强夯过程夯沉量和最佳夯击次数的方法
本申请涉及土木工程地基处理相关
，尤其涉及一种确定强夯过程夯沉量和最佳夯击次数的方法。
技术介绍
强夯法是一种将重量为8～40t的夯锤从10～20m的高处自由下落，对地基土体进行挤密、强力夯实的方法。强夯法通过夯锤对地基土体产生的巨大冲击力，使地基土体趋于密实，达到提高地基强度和承载力的目的。强夯法由于具有操作简便、加固深度大、成本较低等优势广泛应用于机场、土石坝、道路和港口等工程中，其实践过程发展迅速，但强夯机理和设计理论仍有许多含混不清之处，尤其对强夯设计、施工过程中核心参数的确定缺少理论依据，及合适的计算方法，例如，夯沉量和最佳夯击次数，其确定过程不得不依赖工程经验或在现场开展试验段。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种确定强夯过程夯沉量的方法，其能够改善现有强夯过程夯沉量的确定缺少理论依据，其确定过程需依赖工程经验或在现场开展试验段的问题。本申请的另一目的还在于，提供一种确定多次夯击次数下强夯过程夯沉量的方法。本申请的另一目的还在于，提供一种确定强夯过程最佳夯击次数的方法。第一方面，本申请实施例提供一种确定强夯过程夯沉量的方法，包括：将强夯过程划分为冲击加载阶段和卸载回弹阶段；建立冲击加载阶段的夯锤位移时程方程，得到冲击加载阶段夯锤的位移；建立卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程，得到卸载回弹阶段夯锤的回弹位移；将冲击加载阶段夯锤的位移减去卸载回弹阶段夯锤的回弹位移计算得到强夯过程的夯沉量。<br>在一种可能的实施方案中，考虑土体阻尼对冲击加载阶段的影响，并对冲击加载阶段的夯锤位移时程方程进行修正。在上述实现过程中，冲击加载阶段和卸载回弹阶段采用相同的夯锤平衡方程，两者阶段均考虑到土体阻尼的影响，利用土体阻尼对冲击加载阶段和卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程进行修正。在一种可能的实施方案中，冲击加载阶段的土体弹性模量和卸载回弹阶段的土体弹性模量不同。在一种可能的实施方案中，冲击加载阶段的夯锤位移时程方程为：卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程为：其中，v0为夯锤初始速度，wd、w′d分别为冲击加载阶段、卸载回弹阶段的土体有阻尼振荡频率，wn、wn′分别为冲击加载阶段、卸载回弹阶段的土体无阻尼振荡频率，ζ、ζ′分别为冲击加载阶段、卸载回弹阶段的土体阻尼比，R′、均为方程待定系数。在一种可能的实施方案中，确定冲击加载阶段最低点处的时间、位移和速度；根据冲击加载阶段和卸载回弹阶段在最低点处的位移和速度的连续性条件，得到夯沉量为：其中，v0为夯锤初始速度，wd为冲击加载阶段的土体有阻尼振荡频率，wn为冲击加载阶段的土体无阻尼振荡频率，ζ为冲击加载阶段的土体阻尼比，tp为第一次夯击时夯锤速度第一次降为零的时间，kz、k′z分别为冲击加载阶段、卸载回弹阶段的土体加荷弹性常数。另一方面，本申请实施例提供了一种确定多次夯击次数下强夯过程夯沉量的方法，包括：根据上述的确定强夯过程夯沉量的方法计算，每次强夯过程的夯沉量，根据当前夯击次数确定当次强夯过程的土体弹性模量E：E＝E0Nβ利用土体弹性模量E对当次的夯沉量进行修正；其中，E为土体弹性模量，N为所述强夯过程的夯击次数，E0为土体初始弹性模量，β为经验系数。在一种可能的实施方案中，多次夯击次数中，每次夯击次数下的夯击位置为同一位置。另一方面，本申请实施例提供一种确定强夯过程最佳夯击次数的方法，包括：进行多次强夯过程；根据每次强夯过程的夯沉量确定每次强夯过程的加固效率，夯沉量根据上述的确定多次夯击次数下强夯过程夯沉量的方法来确定；根据加固效率判断强夯过程的夯击次数是否为最佳夯击次数。在上述实现过程中，根据每次强夯过程的夯沉量确定每次强夯过程的加固效率，并根据加固效率判断强夯过程的夯击次数是否为最佳夯击次数，为最佳夯击次数的确定提供了理论依据。加固效率完全由夯沉量定义，加固效率的计算和分析方式较为简单，且能够反映强夯过程中不同夯击次数下加固效率的变化规律，具有一定的优越性。在一种可能的实施方案中，加固效率的计算公式为：其中，λi为第i次加固效率，i＝1，2…n；si为第i次夯击的夯沉量；Si为第i次夯击后的累计夯沉量。在一种可能的实施方案中，根据加固效率判断强夯过程的夯击次数是否为最佳夯击次数包括：判断当前次加固效率是否小于预设临界值；在加固效率首次小于预设临界值时，前一次夯击次数为强夯过程的最佳夯击次数。与现有技术相比，本申请的有益效果：1、分别建立冲击加载阶段和卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程，并根据上述的夯锤位移时程方程计算得到强夯过程的夯沉量，该方法为夯沉量的确定提供了理论依据。且利用该方法计算得到的夯沉量的理论值与试验值相一致，即通过该方法能够计算强夯过程的夯沉量。2、能够反映出多次夯击次数下，强夯过程中夯锤位移的变化规律，及确定不同夯击次数下的夯沉量。3、根据加固效率判断最佳夯击次数，为最佳夯击次数的确定提供了理论依据，且加固效率完全由夯沉量定义，计算和分析方式较为简单，能评价单次强夯过程的夯击效果，且能够反映强夯过程中不同夯击次数下加固效率的变化规律，具有一定的优越性。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为根据本申请实施例示出的一种强夯过程等效作用体系的示意图；图2为根据本申请实施例示出的一种夯锤位移时程曲线；图3为根据本申请实施例示出的一种夯锤位移时程曲线；图4为根据本申请实施例示出的一种夯锤位移时程曲线；图5为根据本申请实施例示出的试验理论所得的累计夯沉量与试验值的对比曲线。具体实施方式下面结合附图对本申请具体实施方式的技术方案作进一步详细说明，这些实施方式仅用于说明本申请，而非对本申请的限制。根据本申请的一个方面，提供了一种确定强夯过程夯沉量的方法，其以夯锤为研究对象，依据自动控制原理，将强夯过程简化为夯锤与土体之间的弹簧-阻尼模型，建立了强夯过程的夯锤位移时程方程。该确定强夯过程夯沉量的方法包括以下步骤：将强夯过程划分为冲击加载阶段和卸载回弹阶段；整个强夯过程如图1所示：夯锤100从H高度自由下落，与土体200接触后，夯锤100在土体200弹力及自身重力作用下速度迅速减小；当夯锤100速度首次减小为零时，夯锤100在土体200中的位移最大；然后，夯锤100在土体200弹力作用下产生微量的反弹，最后夯锤100趋于稳定。其中，冲击加载阶段为夯锤100与土体200接触后夯锤速度首次减小为零的阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定强夯过程夯沉量的方法，其特征在于，包括：/n将强夯过程划分为冲击加载阶段和卸载回弹阶段；/n建立所述冲击加载阶段的夯锤位移时程方程，得到所述冲击加载阶段夯锤的位移；/n建立所述卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程，得到所述卸载回弹阶段夯锤的回弹位移；/n将所述冲击加载阶段夯锤的位移减去所述卸载回弹阶段夯锤的回弹位移计算得到所述强夯过程的夯沉量。/n

【技术特征摘要】
1.一种确定强夯过程夯沉量的方法，其特征在于，包括：
将强夯过程划分为冲击加载阶段和卸载回弹阶段；
建立所述冲击加载阶段的夯锤位移时程方程，得到所述冲击加载阶段夯锤的位移；
建立所述卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程，得到所述卸载回弹阶段夯锤的回弹位移；
将所述冲击加载阶段夯锤的位移减去所述卸载回弹阶段夯锤的回弹位移计算得到所述强夯过程的夯沉量。


2.根据权利要求1所述的确定强夯过程夯沉量的方法，其特征在于，考虑土体阻尼对所述冲击加载阶段的影响，并对所述冲击加载阶段的夯锤位移时程方程进行修正。


3.根据权利要求2所述的确定强夯过程夯沉量的方法，其特征在于，所述冲击加载阶段的土体弹性模量和所述卸载回弹阶段的土体弹性模量不同。


4.根据权利要求3所述的确定强夯过程夯沉量的方法，其特征在于，
所述冲击加载阶段的夯锤位移时程方程为：



所述卸载回弹阶段的夯锤位移时程方程为：



其中，v0为夯锤初始速度，wd、w′d分别为冲击加载阶段、卸载回弹阶段的土体有阻尼振荡频率，wn、w′n分别为冲击加载阶段、卸载回弹阶段的土体无阻尼振荡频率，ζ、ζ′分别为冲击加载阶段、卸载回弹阶段的土体阻尼比，R′、均为方程待定系数。


5.根据权利要求4所述的确定强夯过程夯沉量的方法，其特征在于，
确定所述冲击加载阶段最低点处的时间、位移和速度；
根据所述冲击加载阶段和所述卸载回弹阶段在最低点处的位移和速度的连续性条件，得到所述夯沉量为：



其中，v0为夯锤初始速度，wd为冲击加载阶段的土体有阻尼振荡频率，wn为冲击加载阶段的土体无阻尼振荡频率，ζ为冲击加载阶段的土体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李希，钱国平，李平，于华南，龚湘兵，蔡军，周洪宇，张静宇，杨慧，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43