开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法技术

本发明专利技术涉及一种开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法，包括步骤：根据现场的施工情况获取影响超孔隙水压力的参数，该参数包括开口管桩的半径、入土深度以及土体的不排水抗剪强度、弹性模量、超固结比；根据该参数确定归一化参数；确定无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值的计算公式，进一步地确定桩身周围土体超孔隙水压力在深度方向的最大值的计算公式；将该参数及该归一化参数代入该计算公式中，可以确定开口管桩静压贯入过程中土体超孔隙水压力的竖向分布情况和径向分布情况。本发明专利技术预测方法，考虑因素更全面，预测结果更准确，经济效益高，适用于饱和软土中开口管桩的静压施工工程。软土中开口管桩的静压施工工程。软土中开口管桩的静压施工工程。

【技术实现步骤摘要】
开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法


[0001]本专利技术涉及建筑工程领域，特别涉及一种开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法。

技术介绍

[0002]在城区及公共建筑群等对噪音和振动要求较高的场地，静压钢管桩受到广泛的青睐，但在饱和软土中，钢管桩连续贯入过程引起的土体超孔隙水压力响应会威胁周边一定范围内建(构)筑物的安全，甚至造成工程事故，此外临近土体的超孔隙水压力响应也会引起土体有效应力的变化，进而影响钢管桩的自身贯入阻力以及桩基承载力时效。因此，在工程施工中，需要提前对钢管桩连续贯入引起的土体超孔隙水压力分布情况进行评估，从而提高施工效率和经济效益。
[0003]现阶段，对钢管桩静压贯入过程引起的土体超孔隙水压力响应的研究主要基于圆孔扩张理论，即：假设桩体无限长，忽略地表和桩尖的影响以及孔壁竖向摩擦的影响，并假设桩周土体应力仅与径向坐标相关而与竖向坐标无关。虽然基于上述假设，可以预测钢管桩静压贯入过程引起的超孔隙水压力的径向分布，但是，该径向分布仅与土体的刚度比相关，与竖向坐标无关，而通过已有研究可知，钢管桩静压贯入过程引起的超孔隙水压力同时受钢管桩的半径、入土深度、土体的不排水抗剪强度、弹性模量以及超固结比的影响。此外，钢管柱的桩端分闭口和开口两种形式，圆孔扩张理论主要针对闭口钢管桩，对于开口钢管桩，还需要考虑土塞效应的影响。因此，基于圆孔扩张理论预测开口钢管桩静压贯入过程引起的土体超孔隙水压力径向分布时，其预测值与实际值之间将存在较大误差。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法，考虑因素更全面，预测结果更准确，经济效益高，适用于饱和软土中开口管桩的静压施工工程。
[0005]本专利技术通过如下方案来实现：一种开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法，包括步骤：
[0006]根据现场的施工情况获取影响超孔隙水压力的参数，所述参数包括开口管桩的半径R
p
、入土深度z
p
以及土体的不排水抗剪强度c
u
、弹性模量E、超固结比OCR；
[0007]根据所述参数确定归一化参数η
E
＝E/E
s
、η
OCR
＝OCROCR
s
，其中R
ps
、c
us
、E
s
、OCR
s
为已知的相应标准参数；
[0008]确定无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
/c
u
的计算公式(1)：
[0009][0010]其中，v为土体泊松比，α
f
为Henkel孔压系数，α
p
为无量纲系数，a为土塞效应临界值；
[0011]将所述参数及所述归一化参数代入所述计算公式(1)中，确定开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力在深度方向最大值的深度分布情况。
[0012]本专利技术开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法的进一步改进在于，确定无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
/c
u
的计算公式(1)的步骤包括：
[0013]建立模拟开口管桩静压贯入过程的有限元模型；
[0014]在模拟开口管桩静压贯入过程中，输入不同值的所述参数，获得对应的不同入土深度时桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
，并分别拟合出无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
/c
u
在基于圆孔扩张理论的无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu0/c
u
的基础上受各所述参数影响的关系式：
[0015][0016][0017][0018][0019]其中，d3为桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
所处的深度，基于圆孔扩张理论的无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu0/c
u
的计算公式为：
[0020][0021]根据关系式(2
‑
1)～(2
‑
4)可知，以(Δu
max
/c
u
)/(Δu0/c
u
)为因变量时，自变量ψ为：
[0022][0023]对所述因变量和所述自变量进一步拟合处理，得到关系式：
[0024][0025]根据无量纲系数α
p
＝d3/z
p
与无量纲化z
p
/R
p
的关系，得到关系式：
[0026]d3＝α
p
·
z
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0027]将关系式(6)代入公式(4)中得到：
[0028][0029]进一步将关系式(3)和关系式(7)代入关系式(5)中，得到所述计算公式(1)。
[0030]本专利技术开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法的进一步改进在于：
[0031]基于圆孔扩张理论的无量纲的桩身周围土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu/c
u
的计算公式为：
[0032][0033]根据所述计算公式(1)和所述计算公式(8)推导出无量纲的桩身周围土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu'/c
u
的计算公式：
[0034][0035]其中，r为距桩身的径向距离；
[0036]将所述参数及所述归一化参数代入计算公式(9)中，确定开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力的径向分布情况。
[0037]本专利技术开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法的进一步改进在于，所述Henkel孔压系数α
f
通过固结不排水剪切试验得到。
[0038]本专利技术开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法的进一步改进在于，土塞效应临界值a取值为0.33m。
[0039]本专利技术所提供的开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法，综合考虑了开口管桩的半径、入土深度、土体的不排水抗剪强度、弹性模量、超固结比以及土塞效应的影响，可以对开口管桩静压连续贯入过程中引起的土体超孔隙水压力的竖向分布情况和径向分布情况进行准确预测，进而为评价开口管桩静压贯入对周边一定范围内建(构)筑物的安全、自身贯入阻力以及桩基承载力时效的影响提供基础，考虑因素更全面，预测结果更准确，经济效益高，适用于饱和软土中开口管桩的静压施工工程。
附图说明
[0040]图1示出了本专利技术开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法的流程
图。
[0041]图2示出了因变量(Δu...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法，其特征在于，包括步骤：根据现场的施工情况获取影响超孔隙水压力的参数，所述参数包括开口管桩的半径R
p
、入土深度z
p
以及土体的不排水抗剪强度c
u
、弹性模量E、超固结比OCR；根据所述参数确定归一化参数η
E
＝E/E
s
、η
OCR
＝OCR/OCR
s
，其中R
ps
、c
us
、E
s
、OCR
s
为已知的相应标准参数；确定无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
/c
u
的计算公式(1)：其中，v为土体泊松比，α
f
为Henkel孔压系数，α
p
为无量纲系数，a为土塞效应临界值；将所述参数及所述归一化参数代入所述计算公式(1)中，确定开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力在深度方向最大值的深度分布情况。2.如权利要求1所述的开口管桩静压贯入过程中超孔隙水压力分布预测方法，其特征在于，确定无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
/c
u
的计算公式(1)的步骤包括：建立模拟开口管桩静压贯入过程的有限元模型；在模拟开口管桩静压贯入过程中，输入不同值的所述参数，获得对应的不同入土深度时桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
，并分别拟合出无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu
max
/c
u
在基于圆孔扩张理论的无量纲的桩身处土体超孔隙水压力在深度方向的最大值Δu0/c
u
的基础上受各所述参数影响的关系式：的基础上受各所述参数影响的关系式：的基础上受各所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦锦钟，孙旻，韩磊，方兴杰，冉岸绿，吴剑秋，袁青云，熊国军，
申请(专利权)人：中国建筑第八工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：