一种桩基础下拉力的预测方法、装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种桩基础下拉力的预测方法、装置和电子设备，其中方法包括：将桩基础周围土体沿竖向划分为多个微单元，并利用各个土体节点承受的竖向附加应力确定土体沉降深度；获取土体沉降深度的土样，并基于土样的三轴蠕变实验结果，拟合生成部分微单元关于围压、竖向应力以及时间变化的蠕变模型；对部分微单元的蠕变模型进行围压和竖向应力的双线性插值得到全部微单元的蠕变模型；基于各个微单元的蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的土体沉降，并利用各个土体节点在目标时刻的土体沉降进行荷载传递运算，从而确定桩基础的下拉力。本发明专利技术提供的技术方案，从桩周土体发生蠕变的角度，实现了桩基础下拉力的准确预测。实现了桩基础下拉力的准确预测。实现了桩基础下拉力的准确预测。

【技术实现步骤摘要】
一种桩基础下拉力的预测方法、装置和电子设备


[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，具体涉及一种桩基础下拉力的预测方法、装置和电子设备。

技术介绍

[0002]如图1所示，桩基础的主要作用是将上部结构的荷载逐级传递到深层土质较硬、强度较高的持力层中，可以以较小横截面和较低代价实现穿越深厚软粘土地层并使桩端支撑在硬土层的目的。桩基础通过土层传递上部结构带来的荷载，由桩周土体的摩阻力和桩端土体的端阻力共同构成桩基础竖向受压承载力。一般情况下，桩和土体在上部结构荷载作用下都会发生一定沉降，当土体的沉降小于桩的沉降，土体会对桩产生向上的摩阻力，称为正摩阻力；当土体的沉降大于桩的沉降，土体会对桩产生向下的摩阻力，称为负摩阻力。为了稳固桩基础，通常采用大面积抛石防护和地面新增吹填土等方法增加桩基础周围的堆载，在堆载作用下，不论抛石防护还是地表新增吹填土都会导致泥面下一定深度范围内桩土接触界面形成向下的剪应力即负摩阻力，负摩阻力存在会使桩身产生附加下拉荷载，下拉荷载沿着深度逐渐增大，到达一定深度桩土相对位移为零的点，桩身下拉荷载达到峰值，该点称为中性点，中性点以下至桩端范围因桩周土体沉降小于桩身变形土体提供向上的正摩阻力，下拉荷载沿深度逐渐减小，由此可见，负摩阻力不但不能构成桩竖向承载能力的一部分，反而使桩产生附加下拉力，严重影响桩基承载能力和使用寿命，加剧了工程的不安全性。
[0003]软粘土是软弱粘性土的简称，包括淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土等，多为海相、河相和湖相沉积物，在地表形成新的堆载作用时，软土的沉降则需要经历长时间的蠕变过程，土体变形和强度特性除与应力有关之外，还与时间有关，称之为土的蠕变特性。
[0004]现有技术计算桩基础下拉力，主要集中在桩基础工后沉降方面，重点考虑堆载作用下桩周土体固结沉降，以及桩顶荷载作用下桩端土蠕变引起的桩基受力变形，鲜有考虑堆载作用下由桩周土体蠕变沉降引起桩基础下拉力的计算方法。并且，现有技术计算桩基蠕变响应，主要依赖于有限元模型分析，其计算效率低、建模过程复杂、对分析人员要求极高，各种软土元件蠕变模型和经验蠕变模型的模型参数，都是基于有限时间内、特定土体位置的室内三轴蠕变试验进行数学拟合得到，在试验时间内多数已有模型拟合结果与实测数据均吻合良好，但是难以在堆载作用下预测试验时间之外、任意位置的土体蠕变变形，而土体蠕变应变又是桩周各位置土体经年累月之后才能确定的结果，从而导致土体沉降预测不准确。如果实际工程设计和施工忽略桩周土体蠕变的影响，则在基础设施投入运营之后，常出现工后沉降大甚至失稳破坏等问题，造成极大的安全隐患。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施方式提供了一种桩基础下拉力的预测方法、装置和电子设备，从桩周土体发生蠕变的角度，实现了桩基础下拉力的准确预测。
[0006]根据第一方面，本专利技术实施例提供了一种桩基础下拉力的预测方法，所述方法包括：将桩基础周围土体沿竖向划分为多个微单元，并利用各个土体节点承受的竖向附加应力确定土体沉降深度，所述土体节点是所述微单元的端点，所述各个土体节点承受的竖向附加应力由桩基础现场的堆载应力确定；获取所述土体沉降深度的土样，并基于土样的三轴蠕变实验结果，拟合生成部分微单元关于围压、竖向应力以及时间变化的蠕变模型；对所述部分微单元的蠕变模型进行围压和竖向应力的双线性插值得到全部微单元的蠕变模型；基于各个微单元的蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的土体沉降，并利用各个土体节点在目标时刻的土体沉降进行荷载传递运算，得到各个土体节点对桩基础产生的摩阻力；基于各个土体节点对桩基础产生的摩阻力确定所述桩基础的下拉力。
[0007]可选地，所述利用各个土体节点承受的竖向附加应力确定土体沉降深度，包括：计算各个土体节点的初始竖向自重应力；根据所述各个土体节点的竖向附加应力和所述初始竖向自重应力的大小关系确定土体沉降最深位置的土体节点；根据所述土体沉降最深位置的土体节点的深度确定所述土体沉降深度。
[0008]可选地，所述对所述部分微单元的蠕变模型进行围压和竖向应力的双线性插值得到全部微单元的蠕变模型，包括：利用各个土体节点的所述竖向附加应力和所述初始竖向自重应力计算各个土体节点堆载前与堆载后的围压；基于各个土体节点堆载前与堆载后的围压计算各土体节点在堆载前和堆载后的破坏偏应力；利用各土体节点在堆载前和堆载后的破坏偏应力以及偏应力等级确定各个土体节点对应的竖向应力；利用各个土体节点堆载前的围压和竖向应力在所述部分微单元的蠕变模型之间进行双线性插值，得到各个微单元用于预测堆载前蠕变的第一蠕变模型；利用各个土体节点堆载后的围压和竖向应力在所述部分微单元的蠕变模型之间进行双线性插值，得到各个微单元用于预测堆载后蠕变的第二蠕变模型。
[0009]可选地，所述基于各个微单元的蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的土体沉降，包括：利用各个微单元的所述第一蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的初始自重应力沉降；利用各个微单元的所述第二蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的堆载下沉降；基于所述各个土体节点的初始自重应力沉降和堆载下沉降的差值，确定所述各个土体节点在目标时刻的土体沉降。
[0010]可选地，所述利用各个节点在目标时刻的土体沉降进行荷载传递运算，得到土体各个节点对桩基础产生的摩阻力，包括：获取预设桩顶沉降，并将桩基础沿竖向划分为与土体相同的多个微单元；基于所述预设桩顶沉降和桩顶对应土体节点的土体沉降，计算所述桩基础的桩顶对应的桩节点由对应土体节点带来的摩阻力，所述桩节点是桩基础对应微单元的端点；基于所述桩顶的桩节点的摩阻力计算桩顶的桩节点的轴力；利用所述桩顶的桩节点的轴力计算桩基础下一桩节点的沉降；基于下一土体节点的土体沉降和所述下一桩节点的沉降进行迭代运算，直至得到从桩顶到桩端各个桩节点由各个土体节点带来的摩阻力。
[0011]可选地，所述方法还包括：将迭代运算得到的桩端轴力和桩端对应的土体节点的土体沉降，代入预设边界条件，以获取所述预设边界条件输出的桩端沉降；基于所述预设边界条件输出的桩端沉降和迭代运算得到的桩端沉降之间的误差，对所述预设桩顶沉降进行调整。
[0012]可选地，所述将桩基础周围土体沿竖向划分为多个微单元包括：将土体沿竖向按照成层土层数划分为多层；将每层土沿竖向划分为多个长度差别在预设阈值之内的微单元。
[0013]根据第二方面，本专利技术实施例提供了一种桩基础下拉力的预测装置，所述装置包括：沉降深度预估模块，用于将桩基础周围土体沿竖向划分为多个微单元，并利用各个土体节点承受的竖向附加应力确定土体沉降深度，所述土体节点是所述微单元的端点，所述各个土体节点承受的竖向附加应力由桩基础现场的堆载应力确定；实验模块，用于获取所述土体沉降深度的土样，并基于土样的三轴蠕变实验结果，拟合生成部分微单元关于围压、竖向应力以及时间变化的蠕变模型；模型创建模块，用于对所述部分微单元的蠕变模型进行围压和竖向应力的双线性插值得到全部微单元的蠕变模型；摩阻力计算模块，用于基于各个微单元的蠕变模型计算各个土体节点在目标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桩基础下拉力的预测方法，其特征在于，所述方法包括：将桩基础周围土体沿竖向划分为多个微单元，并利用各个土体节点承受的竖向附加应力确定土体沉降深度，所述土体节点是所述微单元的端点，所述各个土体节点承受的竖向附加应力由桩基础现场的堆载应力确定；获取所述土体沉降深度的土样，并基于土样的三轴蠕变实验结果，拟合生成部分微单元关于围压、竖向应力以及时间变化的蠕变模型；对所述部分微单元的蠕变模型进行围压和竖向应力的双线性插值得到全部微单元的蠕变模型；基于各个微单元的蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的土体沉降，并利用各个土体节点在目标时刻的土体沉降进行荷载传递运算，得到各个土体节点对桩基础产生的摩阻力；基于各个土体节点对桩基础产生的摩阻力确定所述桩基础的下拉力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用各个土体节点承受的竖向附加应力确定土体沉降深度，包括：计算各个土体节点的初始竖向自重应力；根据所述各个土体节点的竖向附加应力和所述初始竖向自重应力的大小关系确定土体沉降最深位置的土体节点；根据所述土体沉降最深位置的土体节点的深度确定所述土体沉降深度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述部分微单元的蠕变模型进行围压和竖向应力的双线性插值得到全部微单元的蠕变模型，包括：利用各个土体节点的所述竖向附加应力和所述初始竖向自重应力计算各个土体节点堆载前与堆载后的围压；基于各个土体节点堆载前与堆载后的围压计算各土体节点在堆载前和堆载后的破坏偏应力；利用各土体节点在堆载前和堆载后的破坏偏应力以及偏应力等级确定各个土体节点对应的竖向应力；利用各个土体节点堆载前的围压和竖向应力在所述部分微单元的蠕变模型之间进行双线性插值，得到各个微单元用于预测堆载前蠕变的第一蠕变模型；利用各个土体节点堆载后的围压和竖向应力在所述部分微单元的蠕变模型之间进行双线性插值，得到各个微单元用于预测堆载后蠕变的第二蠕变模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于各个微单元的蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的土体沉降，包括：利用各个微单元的所述第一蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的初始自重应力沉降；利用各个微单元的所述第二蠕变模型计算各个土体节点在目标时刻的堆载下沉降；基于所述各个土体节点的初始自重应力沉降和堆载下沉降的差值，确定所述各个土体节点在目标时刻的土体沉降。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用各个节点在目标时刻的土体沉降进行荷载传递运算，得到土体各个节点对桩...

【专利技术属性】
技术研发人员：于光明，张炜，徐海滨，王卫，张泽超，代加林，刘开源，范翼帆，陈美合，祝文龙，李洲，翟汉波，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：