一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统，所述计算方法包括如下步骤：确定基桩和岩土体的物理力学参数；根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力根据所述物理力学参数，计算基桩的嵌岩段总极限阻力根据所述物理力学参数，计算桩身轴向受压破坏极限荷载桩身极限侧摩阻力加上嵌岩段总极限阻力与桩身轴向受压破坏极限荷载之间的较小值作为基桩竖向极限承载力P

【技术实现步骤摘要】
一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及基桩承载力计算
，特别是涉及一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统。

技术介绍

[0002]基桩已广泛应用于岩溶地区的工程建设中，溶洞的存在，给基桩的竖向极限承载力带来了显著的影响，如何合理计算岩溶区基桩竖向承载力成为基桩设计的一个关键科学问题。
[0003]穿越溶洞型基桩在轴向荷载作用下的受力状态较为复杂，溶洞对穿越其基桩的受力变形规律及潜在失稳模式存在显著的影响，这种影响主要体现以下三个方面：(1)由于溶洞顶板缺乏下部支撑，溶洞顶板的岩土体可能存在受拉状态，当张拉应力超过其抗拉强度时，则岩土体将发生张拉破坏，从而使桩身侧摩阻力的受力面积降低。(2)由于溶洞的存在，上覆岩土的支承作用降低，从而导致岩土层的自重应力场发生显著变化，桩身周围的应力场亦受到影响，桩身侧摩阻力的分布规律与无溶洞时相比存在差异。(3)穿越溶洞段的桩身周围无岩土体的侧向约束或侧向约束较弱，因此，桩身在穿越段的侧摩阻力可忽略，同时，由于桩身的横向约束降低，在竖向荷载作用下，基桩自身稳定性亦降低，从而使竖向极限承载能力受到影响。
[0004]当溶洞顶板厚度小于其安全所需的最小厚度时，在竖向荷载作用下，顶板存在失稳破坏的风险，此时，需考虑基桩穿越溶洞顶板并嵌入溶洞底板一定深度，以提高基桩的承载力。目前尚无计算此类穿越溶洞型基桩极限承载力的成熟方法，在具体的工程实践中，通常借鉴嵌岩桩的相关计算方法进行极限承载力设计，即只考虑穿越溶洞型基桩嵌岩段的桩端承载力，忽略溶洞顶板以上岩土体对桩身的侧摩阻力。显然，此种计算方法得到的结果是偏保守的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统，以提高穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算的准确性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法，所述计算方法包括如下步骤：
[0008]确定基桩和岩土体的物理力学参数；所述物理力学参数包括：基桩半径r、基桩总长度L、溶洞半径R、溶洞高度H、基桩嵌入溶洞底板深度H
r
、上覆土层第i层土的厚度l
i
、桩周第i层土的极限侧阻力q
ski
、桩周第i层土的容重γ
i
、桩侧土水平抗力系数的比例系数平均值m、溶洞基岩岩体单轴抗压强度σ
cmass
、基桩弹性模量E和基桩单轴抗压强度
[0009]根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力
[0010]根据所述物理力学参数，计算基桩的嵌岩段总极限阻力
[0011]根据所述物理力学参数，计算桩身轴向受压破坏极限荷载
[0012]桩身极限侧摩阻力加上嵌岩段总极限阻力与桩身轴向受压破坏极限荷载之间的较小值作为基桩竖向极限承载力
[0013]可选的，根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力具体包括：
[0014]根据所述物理力学参数，利用公式计算拱效应系数Ψ；
[0015]根据所述物理力学参数和拱效应系数Ψ，利用公式计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力
[0016]可选的，所述根据所述物理力学参数，计算基桩的嵌岩段总极限阻力具体包括：
[0017]根据所述物理力学参数，利用公式计算端阻综合系数ζ
r
；
[0018]根据所述物理力学参数和端阻综合系数ζ
r
，利用公式计算基桩的嵌岩段总极限阻力
[0019]可选的，所述根据所述物理力学参数，计算桩身轴向受压破坏极限荷载具体包括：
[0020]根据所述物理力学参数，求解超方程EIα2(αLcotαL
‑
2)＝mb1[l2Π1(α)
‑
Π2(α)]，确定基桩临界应力影响系数α；
[0021]其中，I表示基桩横截面转动惯量，b1表示基桩计算宽度，Π1(α)和Π2(α)分别表示第一求和函数和第二求和函数，
L、l
a
和l
b
分别表示沿桩身积分自变量、基桩全长、桩身无侧向约束段长度、溶洞底板以上桩身长度；H
tg
表示溶洞顶板塌落拱高度，
[0022]根据所述物理力学参数和基桩临界应力影响系数α，利用公式计算桩身轴向受压破坏极限荷载
[0023]其中，λ表示基桩挠度系数，
[0024]一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算系统，所述计算系统包括：
[0025]物理力学参数确定模块，用于确定基桩和岩土体的物理力学参数；所述物理力学参数包括：基桩半径r、基桩总长度L、溶洞半径R、溶洞高度H、基桩嵌入溶洞底板深度H
r
、上覆土层第i层土的厚度l
i
、桩周第i层土的极限侧阻力q
ski
、桩周第i层土的容重γ
i
、桩侧土水平抗力系数的比例系数平均值m、溶洞基岩岩体单轴抗压强度σ
cmass
、基桩弹性模量E和基桩单轴抗压强度
[0026]桩身极限侧摩阻力计算模块，用于根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力
[0027]嵌岩段总极限阻力计算模块，用于根据所述物理力学参数，计算基桩的嵌岩段总极限阻力
[0028]桩身轴向受压破坏极限荷载计算模块，用于根据所述物理力学参数，计算桩身轴向受压破坏极限荷载
[0029]桩身轴向受压破坏极限荷载计算模块，用于桩身极限侧摩阻力加上嵌岩段总极限阻力与桩身轴向受压破坏极限荷载之间的较小值作为基桩竖向极限承载力
[0030]可选的，桩身极限侧摩阻力计算模块，具体包括：
[0031]拱效应系数计算子模块，用于根据所述物理力学参数，利用公式计算拱效应系数Ψ；
[0032]桩身极限侧摩阻力计算子模块，用于根据所述物理力学参数和拱效应系数Ψ，利用公式计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力
[0033]可选的，所述嵌岩段总极限阻力计算模块，具体包括：
[0034]端阻综合系数计算子模块，用于根据所述物理力学参数，利用公式计算端阻综合系数ζ
r
；
[0035]嵌岩段总极限阻力计算子模块，用于根据所述物理力学参数和端阻综合系数ζ
r
，利用公式计算基桩的嵌岩段总极限阻力
[0036]可选的，所述桩身轴向受压破坏极限荷载计算模块，具体包括：
[0037]基桩临界应力影响系数求解子模块，用于根据所述物理力学参数，求解超方程EIα2(αLcotαL
‑
2)＝mb1[l2Π1(α)
‑
Π2(α)]，确定基桩临界应力影响系数α；
[0038]其中，I表示基桩横截面转动惯量，b1表示基桩计算宽度，Π1(α)和Π2(α)分别表示第一求和函数和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法，其特征在于，所述计算方法包括如下步骤：确定基桩和岩土体的物理力学参数；所述物理力学参数包括：基桩半径r、基桩总长度L、溶洞半径R、溶洞高度H、基桩嵌入溶洞底板深度H
r
、上覆土层第i层土的厚度l
i
、桩周第i层土的极限侧阻力q
ski
、桩周第i层土的容重γ
i
、桩侧土水平抗力系数的比例系数平均值m、溶洞基岩岩体单轴抗压强度σ
cmass
、基桩弹性模量E和基桩单轴抗压强度根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力根据所述物理力学参数，计算基桩的嵌岩段总极限阻力根据所述物理力学参数，计算桩身轴向受压破坏极限荷载桩身极限侧摩阻力加上嵌岩段总极限阻力与桩身轴向受压破坏极限荷载之间的较小值作为基桩竖向极限承载力2.根据权利要求1所述的穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法，其特征在于，根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力具体包括：根据所述物理力学参数，利用公式计算拱效应系数Ψ；根据所述物理力学参数和拱效应系数Ψ，利用公式计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力3.根据权利要求1所述的穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法，其特征在于，所述根据所述物理力学参数，计算基桩的嵌岩段总极限阻力具体包括：根据所述物理力学参数，利用公式计算端阻综合系数ζ
r
；根据所述物理力学参数和端阻综合系数ζ
r
，利用公式计算基桩的嵌岩段总极限阻力4.根据权利要求1所述的穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法，其特征在于，所述根据所述物理力学参数，计算桩身轴向受压破坏极限荷载具体包括：根据所述物理力学参数，求解超方程EIα2(αLcotαL
‑
2)＝mb1[l2Π1(α)
‑
Π2(α)]，确定基桩临界应力影响系数α；其中，I表示基桩横截面转动惯量，b1表示基桩计算宽度，
Π1(α)和Π2(α)分别表示第一求和函数和第二求和函数，，x、L、l
a
和l
b
分别表示沿桩身积分自变量、基桩全长、桩身无侧向约束段长度、溶洞底板以上桩身长度；H
tg
表示溶洞顶板塌落拱高度，根据所述物理力学参数和基桩临界应力影响系数α，利用公式计算桩身轴向受压破坏极限荷载其中，λ表示基桩挠度系数，5.一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算系统，其特征在于，所述计算系统包括：物理力学参数确定模块，用于确定基桩和岩土体的物理力学参数；所述物理力学参数包...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂庆科，袁维，李华伟，王伟，刘晶晶，杨海朋，贾向新，王德亮，张鹏，王修蛟，秦禄盛，乔永立，成现伟，刘红超，张迎春，
申请(专利权)人：河北建设勘察研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：