【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑施工，具体涉及一种针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法。
技术介绍
1、目前中国城市化高度发展，建筑业进入采用新技术缩短工期，保证建筑质量的新时代。而建筑工程的难点在于基础工程，如何在工期较短、质量可靠、保证安全的情况下进行基础工程，是许多设计人员和广大工程技术人员一直探索和追求的目标。目前预制混凝土管桩(简称预制管桩)已广泛使用于市政工程、工业与民用建筑、铁路、公路、港口等基础工程，预应力管桩适用于建筑物上部荷载较大，地基基础持力层深度较深的地基处理。
2、预制管桩的施工一般分为锤击和静压两种沉桩方式，锤击是较为传统的沉贯方式，对于开口桩来说，锤击会产生更明显的土塞效应，由于冲锤的影响，桩周土会在沉贯过程中被压密，得到更好的处理效果。静压桩相比于锤击桩来说，产生的噪音污染较小，对施工条件和场地要求较低，没有油烟污染，更加符合国家文明施工、环保施工的概念。同时，静压桩不会产生因锤击而导致桩体产生裂缝的情况，从而大大减小了安全隐患，也可降低预制管桩的混凝土强度等级，节约成本。
3、然而预制管桩在静压沉桩的过程中，存在着显著的挤土效应。挤土效应影响分为三个区域：破坏区、塑性区以及弹性区，在挤土效应下，桩间土体被破坏，而可能造成土壤变得像液体一样(也即土体液化)，这不利于管桩的稳定性和安全性，然实际施工中，预制管桩沉桩深度达地下30米甚至更深，无法获知土体的变化情况，不利于管桩的施工。
4、现有技术有借助数值模拟分析软件在施工前进行模拟仿真，以便于预测沉桩过程和方便进行优化设
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，以解决现有技术中仅采用数值模型进行仿真分析以优化管桩设计和预测沉桩过程存在的可靠性难以保证的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，包括如下步骤：
4、步骤一、实体模型建立与实验
5、根据地质勘测报告，选用砂土材料制作实体模型；
6、铺设砂土填充实体模型，铺设过程沿土层深度方向预埋压力盒，压力盒用于测量土压力；
7、在模拟管桩的管壁上安装应变片；
8、在实体模型上设置用于测量表层土位移变化情况的位移计；
9、按照设计条件采用加载系统进行静压施工，记录压力盒、应变片和位移计的数据，分析得到桩身轴力、桩侧摩阻力和土压力；
10、步骤二、数值模型构建与仿真
11、pfc程序模拟准备:基于地质勘测报告中的土质类型及力学参数，为填充颗粒选择合适的接触本构模型；
12、为接触本构模型设定颗粒参数，颗粒参数与实体模型中的砂土参数一致；
13、建立模拟区域：根据实体模型的大小和形状，在pfc程序中建立与实体模型相应的模拟区域，并设定边界条件；
14、数值模型构建：将模拟区域进行网格划分，设定材料属性，施加边界条件和荷载；
15、采用与实体模型相同的静压施工条件进行管桩静压施工的模拟，得到与土体剪切特性有关的数据，数据包括桩身轴力、桩侧摩阻力和土压力数据；
16、步骤三、实体模型实验结果与数值模型结果进行对比分析，若对比结果显示吻合，则得到的数值模型为可靠数值模型。
17、本方案的原理及优点是：采用本方案进行数值模型构建时，借助实体模型对构建的数值模型进行对比，可以验证数值模型的准确性和有效性，确保仿真结果的可靠性。
18、此外，采用本方案时，通过增加实体模型能够为工程师呈现更为直观的模型，结合实体模型和仿真分析展示的信息，能够方便工程师更加直观地理解土壤和管桩之间的相互作用关系。
19、优选的，作为一种改进，所述实体模型建立与实验的步骤中，通过筛分法测定所采用的砂土的颗粒级配曲线，了解砂土的颗粒分布。
20、优选的，作为一种改进，所述实体模型建立与实验的步骤中在铺设砂土时，每层铺设均进行夯实，铺设等间距深度时静止至少24小时。以提高模拟砂土的密实性。
21、优选的，作为一种改进，所述实体模型中压力盒设置桩侧2d处，d为管桩直径。本方案将压力盒设置在特定位置，既能方便压力盒不影响管桩沉贯过程，还能避免因压力盒过于靠近管桩而随管桩的沉贯而移动的情况，从而确保数据的准确性。
22、优选的，作为一种改进，所述数值模型构建中，在填充模型区域时，模型区域内的颗粒分多次生成，每次生成一定厚度的颗粒后，在颗粒表面生成墙体对颗粒进行压密，压密后，再次删除墙体；本方案能够使得填充模型内的颗粒能够在颗粒自重下自发回弹静置，并消除颗粒间阻尼消耗量，在应用时，可以设定颗粒间相互作用力的平衡条件，在墙体压密至颗粒间作用力小于平衡条件下的作用力时，停止墙体的压密。
23、优选的，作为一种改进，所述数值模型构建中，对模拟区域内桩周颗粒进行染色，染成不同色块，管桩两侧的色块染色后呈垂直状态，其中一种类型的色块与管桩平行。本方案通过将颗粒进行染色，且染色的方向垂直，使得在模拟沉贯过程中，通过与管桩平行的单侧染色颗粒能够非常直观地看到颗粒隆起的变化过程，而通过与管桩垂直的染色块能够直观地看到桩周颗粒随着沉桩过程而被向下带动而呈现上下层颗粒混合现象。
24、优选的，作为一种改进，所述数值模型中管桩一侧的所有色块宽度相等，管桩另一侧的所有色块深度相等。
25、优选的，作为一种改进，在数值模型构建中引入miss模型。
26、有益效果：用于描述土体的弹塑性行为。miss模型能够考虑土体的剪切和压缩特性，更准确地描述土体的弹塑性行为，从而更准确地模拟土体的应力应变关系，提高数值模型在初始构建时的准确率。
27、优选的，作为一种改进，当步骤三显示对比结果不吻合时，进行步骤四数值模型的优化，具体为：将步骤二建立好的数值模型导入到有限元分析软件中，在有限元分析软件中定义与pfc程序中相同的材料属性；
28、根据实体模型的加载条件施加相应的边界条件和荷载；
29、按照实体模型静压施工条件进行静压施工模拟仿真，将仿真结果与上述数值模型的结果进行对比，对于差异结果结合有限元分析软件对静力学和动力学分析来判断产生差别的原因和涉及的参数/条件/模型。
30、有益效果：本方案通过将有限元分析软件和pfc程序结合使用，可以在同一模型中同时考虑管桩的静力学和土体的渗流行为，从而更准确地模拟管桩静压施工过程，在这种组合方法下可以提供更准确的分析结果，从而帮助工程师更好地理解和预测管桩施工过程中的各种现象和行为，并找到二者产生差异放入原因。进而避免为优化数值模型的不合理而对数值建模各个参数或条件进行一一验证带来的工作量大、效率低的问题。
31、优选的，作为一种改进，还包括如下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述实体模型建立与实验的步骤中，通过筛分法测定所采用的砂土的颗粒级配曲线。
3.根据权利要求2所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述实体模型建立与实验的步骤中在铺设砂土时，每层铺设均进行夯实，铺设等间距深度时静止至少24小时。
4.根据权利要求1所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述实体模型中压力盒设置桩侧2D处，D为管桩直径。
5.根据权利要求4所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述数值模型构建中，在填充模型区域时，模型区域内的颗粒分多次生成，每次生成一定厚度的颗粒后，在颗粒表面生成墙体对颗粒进行压密，压密后，再次删除墙体。
6.根据权利要求5所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述数值模型构建中，对模拟区域内桩周颗粒进行染色，染成不同色块，管桩两侧的色
7.根据权利要求6所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述数值模型中管桩一侧的所有色块宽度相等，管桩另一侧的所有色块深度相等。
8.根据权利要求1-7任一项所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：在数值模型构建中引入MISS模型。
9.根据权利要求1-7任一项所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于，当步骤三显示对比结果不吻合时，进行步骤四数值模型的优化，具体为：将步骤二建立好的数值模型导入到有限元分析软件中，在有限元分析软件中定义与PFC程序中相同的材料属性；
10.根据权利要求9所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于，还包括如下步骤：根据可靠数值模型的仿真结果对比设计需求提出管桩设计或施工的优化方案，将优化方案在数值模型中进行仿真，并将优化方案建立的数值模型导入到有限元分析软件中，通过可靠数值模型和有限元分析软件均进行优化方案的仿真，在仿真结果满足优化方案预设效果后，对最终优化方案进行实体模型建立。
...【技术特征摘要】
1.一种针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述实体模型建立与实验的步骤中，通过筛分法测定所采用的砂土的颗粒级配曲线。
3.根据权利要求2所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述实体模型建立与实验的步骤中在铺设砂土时，每层铺设均进行夯实，铺设等间距深度时静止至少24小时。
4.根据权利要求1所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述实体模型中压力盒设置桩侧2d处，d为管桩直径。
5.根据权利要求4所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述数值模型构建中，在填充模型区域时，模型区域内的颗粒分多次生成，每次生成一定厚度的颗粒后，在颗粒表面生成墙体对颗粒进行压密，压密后，再次删除墙体。
6.根据权利要求5所述的针对静压沉桩产生挤土效应的数值模型构建方法，其特征在于：所述数值模型构建中，对模拟区域内桩周颗粒进行染色，染成不同色块，管桩两侧的色块染色...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫东杰，王百成，董丰博，邓小波，
申请(专利权)人：中交一公局第七工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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