[发明专利]基桩地基模型分析方法及用于该方法的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及建筑、桥梁工程基桩地基反力试验与分析技术领域，具体涉及基桩地基模型分析方法及用于该方法的试验装置。

背景技术

目前，在建筑、桥梁工程领域，桩的水平承载力和压屈稳定设计计算，普遍是采用Winkler假设的线弹性地基模型，因为其基本概念明确，计算较为简单，当基桩挠曲变形较小时，假设与实际比较吻合。该线弹性地基反力数学模型可用式(1)表示：

q(x)=mb₀x^ωy=ky      (1)

其中式(1)中q(x)为地基反力，x是桩在地面或局部冲刷线以下的计算深度，m是地基系数的比例系数，b₀是桩身计算宽度，ω是反映地基反力随深度变化的指数，y为桩身挠曲位移，k即为地基系数。

对线弹性地基模型的假设与计算，根据对地基系数k随x的变化取不同形式，又可分为常数法、K法、C法和m法等方法，具体为：

（1）常数法该法由我国张有龄于上世纪30年代提出(1937年)，国外又称“张氏法”。此方法假定桩侧土体地基系数k沿深度不变，即ω=0。试验证明在地面处土体实际侧向抗力很小，该放法与实际情况相矛盾，因此对地面及以下不深的地基，该法不适应。

（2）K法该法由前苏联安盖尔斯基于1937年提出，曾在我国广泛采用。K法假定桩侧土地基系数在第一挠曲变形零点至地面间随深度增加呈凹形抛物线增长，而在第一挠曲变形零点以下则为常数。该法在假定、推导方面存在诸多问题，我国已不再使用。

（3）C法该法于1964年由日本久保浩一提出。C法假定地基系数沿深度呈抛物线增加，即ω=0.5。由于该法的ω不为整数，对基桩的微分方程求解极为复杂。另有研究表明，ω可能在0.1～2.0之间变化，难以确定ω的准确值。

（4）m法该法由原苏联引入，我国铁路部门经过大量试验与研究后提出了新的m推荐值。“m法”假定地基系数随深度呈线性增长关系。国内外许多学者通过试验和理论分析，证实在一定条件下，非粘性土和正常固结粘性土的地基系数随深度的变化增长关系可与线性假设接近，因此在桩的水平承载力和压屈稳定设计计算中被普遍采用。目前我国铁路、公路桥梁及建筑桩基规范均推荐使用“m法”。

根据“m法”，对式(1)中取ω=1，桩弹性曲线微分方程可写成如式(2)形式：

d4ydx4+mb0EIxy=0---(2)]]>

式中：EI为桩身抗弯刚度。

对于钢筋混凝土桩，EI=0.85E_CI₀；其中EC为桩身混凝土弹性模量，I₀为桩身换算截面惯性矩，b₀为桩身计算宽度。对于圆形桩：当桩径D≤1m时，b₀=0.9（1.5D+0.5）；当桩径D＞1m时，b₀=0.9（D+1）。对于矩形桩：当边宽B≤1m时，b₀=1.5B+0.5；当边宽B＞1m时，b₀=B+1。

对式(2)采用幂级数求解，可得m值的计算公式，见式(3)：