[发明专利]一种基于MATLAB进行P‑Y曲线的自动化计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算方法，尤其涉及一种基于MATLAB进行P-Y曲线的自动化计算方法。

背景技术

海上风机基础结构机理较为复杂，影响因素较多，虽然研究人员关注这一课题已有三十来年，但迄今为止仍未形成完善的分析理论和方法，很多国家的规范中也还没有相关的内容和规定。目前，我国正在编撰海上风机基础结构方面的行业标准。

在进行海上风电机组基础结构设计分析时，必须要考虑土对桩的水平向约束作用。目前计算水平载荷作用下桩土相互作用常用的还是地基反力法，即忽略土的连续性，认为某点的抗力只与该点的位移有关。地基反力法应用Winkler地基模型，把桩周土离散为一个个单独作用的弹簧。在地基反力法中应用最广泛的是P-Y曲线法。根据《港口工程桩基规范》，P-Y曲线法是由复杂的多个公式和图表查询共同手算得到，完成一个海上风机基础结构的P-Y曲线数据对的计算工作量相当大。而且，目前还没有任何一个软件或者相似方法可以实现直接提供P-Y曲线数据对。

目前阶段，海上风机基础结构形式主要包括单桩基础、高桩承台基础、多脚架基础、导管架基础、重力式基础以及其他概念型基础等。常用的基础型式中导管架基础在海上石油平台施工中有一定经验，也涉及到桩基础的建设；重力式基础体积大、重量大、安装、运输不方便，施工周期长，对海床条件要求较高；而桩基基础具有结构构造简单，受力明确、易于建造和海上施工方便而被广泛应用于海上风机基础结构中。

桩土水平相互作用属于海上风机桩基基础设计中最为关键性的技术，适用于所有海上风机桩基基础的建模计算。但是，目前P-Y曲线参数计算和其他作用一样仅靠手算进行，而且由于插值图表的存在，其手算计算难度相当大，工作量大，成本高，错误率高。

发明内容

为了解决上述问题中的不足之处，本发明提供了一种基于MATLAB进行P-Y曲线的自动化计算方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于MATLAB进行P-Y曲线的自动化计算方法，它包括以下步骤：

(一)：首先，根据地质勘察单位提供的地勘资料，填写六个参数并输入到MATLAB中调用：

(1a)软黏土包括直径、土层号、三轴仪试验中最大主应力差一半时的应变值、土的重度、原状黏土不排水抗剪强度的标准值、泥面以下桩的任一深度；

依据地质勘查报告获得土的物理性质参数：不排水抗剪强度标准值C_u、土的重度γ、泥面以下桩的任一深度Z、系数ζ、桩径D、相关系数ρ、泥面以下Z深度处桩的侧向水平变形Y、三轴仪试验中最大主应力差一半时的应变值ε₅₀；

(1b)砂土包括直径、土层号、土层位于水上/水下、土的重度、内摩擦角、泥面以下桩的任一土层深度；

依据地质勘查报告获得土的物理性质参数：内摩擦角φ、泥面以下桩的任一深度Z、桩径D、土的重度γ、计算系数Ψ、泥面以下Z深度处桩的侧向水平变形Y；

(二)：根据输入的参数对黏土或砂土进行数据处理：

(2a)软黏土的数据处理计算过程如下：

不排水抗剪强度标准值C_u小于等于96kPa的软黏土，在非反复荷载作用下P－Y曲线按下列规定确定：

(2a.1)极限水平土抗力转折点的深度Z_r，可按下式计算：

(2a.2)桩侧单位面积的极限水平土抗力标准值P_u可按下列公式计算：

当Z<Z_r：

当Z≥Z_r：P_u＝9C_u

(2a.3)桩周土达极限水平土抗力之半时，相应桩的侧向水平变形Y₅₀可按下列公式计算：

Y₅₀＝ρε₅₀d

(2a.4)软黏土中桩的P-Y曲线，可按下列公式确定：

当Y/Y₅₀<8时：

当Y/Y₅₀≥8时：P＝P_u