[发明专利]一种基于水土完全耦合的地面沉降信息处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地面沉降信息处理方法，尤其是涉及一种基于水土完全耦合的地面沉降信息处理方法。

背景技术

地面沉降，是指由于自然因素或者人为活动引发地壳表层松散土层压缩并导致地面标高降低的一种地质灾害现象。自1898年日本新泻首次发现地面沉降至今，已成为一个全球性问题，其中尤以我国、日本、美国等最为突出。

我国最早发现地面沉降现象的城市是上海，进入二十世纪八十年代以来，随着社会经济的快速发展，地下水开采规模不断扩大，特别是工程建设的迅猛发展，我国地面沉降呈现出影响范围迅速扩大，沉降幅度不断加大的态势。由于地面沉降具有渐进、累积和不可逆性，对城市发展带来长久与深远的不利影响，因而必须进行有效的计算和预测。自第一届地面沉降国际会议以来，许多学者致力于这方面的研究，提出了许多计算模型。

但是，由于这些模型没能考虑土体的非线性性质，其计算精度较低。而且，在经典土力学弹塑性理论(包括剑桥模型)中，卸载及再加载过程中的土的应力应变关系被假定为弹性，但实际上这一过程中也会产生塑性应变。此外，正常固结粘土一旦进入卸载后再加载过程就处于超固结状态了，也会产生塑性应变，均无法在模型中得到体现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于水土完全耦合的地面沉降信息处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于水土完全耦合的地面沉降信息处理方法，包括以下步骤：

1)检测模块检测土层状态获取土层应力信息，并发送至离散化模块和沉降计算模块；

2)离散化模块根据土层应力信息对水土完全耦合理论的控制方程、平衡方程以及连续方程进行离散化处理，并发送至沉降计算模块；

3)沉降计算模块根据土层应力信息和离散化处理后的控制方程、平衡方程以及连续方程，采用有限单元法并基于下负荷面剑桥模型进行水土完全耦合计算，获取沉降位移增量。

所述的土层应力信息包括应力、应力增量和应变增量。

步骤3)具体包括以下步骤：

A)根据土层应力信息计算塑性乘子；

B)根据所述的塑性乘子判断加卸载状态，若塑性乘子为负，则处于卸载状态，执行步骤C)，若塑性乘子为正，则处于加载状态，执行步骤D)；

C)根据当前的土层应力生成雅克比矩阵，计算应力增量，并更新应力，执行步骤E)；

D)采用牛顿-拉夫逊积分迭代法计算应力增量，并更新应力，执行步骤E)；

E)判断应力增量是否满足下负荷面剑桥模型的强化条件，若为是，则根据更新后的应力计算雅克比矩阵，若为否，则将更新后的土层应力信息作为当前的土层应力信息，并执行步骤A)；

F)根据步骤E)中获得的雅克比矩阵以及该单元的应变矩阵获取单元刚度矩阵；

G)根据所有的单元刚度矩阵获取总体刚度矩阵，并结合荷载增量计算沉降位移增量；

H)判断沉降位移增量是否满足预设误差，若为是，则作为最终结果输出，若为否，则进行迭代后重新执行步骤H)。

步骤C)和步骤D)中应力更新计算时采用的积分算法为基于完全隐式向后Euler图形返回算法。

与现有技术相比，本发明基于下负荷面剑桥模型的土体本构模型，进行水-土完全耦合的地面沉降计算，下负荷面剑桥模型应用下负荷面概念，能够合理描述粘土卸载再加载的特性，可以用状态变量的概念精确地定义塑性势，反映超固结粘土的应力应变特性，为正确模拟分析软土地基在复杂应力状态循环荷载下的沉降变形特性提供了解决方案，而且本发明在应力更新计算时采用的积分算法时基于完全隐式向后Euler图形返回算法，这种算法强化了本构关系积分在时间步结束时的一致性，可以精确地避免应力从屈服面漂移，从而无需判断是否达到屈服。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种基于水土完全耦合的地面沉降信息处理方法，包括以下步骤：

S101：检测模块检测范围内的土层状态获取应力、应力增量、应变曾两等土层应力信息，生成土层柱状图确定去曾的分布情况。