[发明专利]大型基础下地基土的变形计算方法与应用技术

权利要求书

1.一种大型基础下地基土的变形计算方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、创建平面网格系统：

具体地说，即在基底标高平面上，将测试区域下的地基划分成若干个相同的子域，当子域数量足够多时，每个子域上作用的有效附加应力可以等效成一个集中力，集中力的作用点位于该子域的中心；

S2、建立地基土变形计算模型；

S3、计算地基土的压缩模量Es，求解竖向变形值；

步骤S3中，计算地基土的压缩模量Es的具体步骤如下：

在K₀条件下，即土体变形只通过z方向体现的情况下，土体压缩模量用增量表示为竖向应力增量与竖向应变增量之比，即：

应力增量和应变增量表示为：

{dσ}＝[C^e][{dε}-{dε^p}]＝[C^ep]{dε} (10)，

式中，[C^ep]是弹塑性刚度矩阵；

将公式(10)展开为：

因此，只要求得相应本构关系的弹塑性刚度矩阵[C^ep]，便可得到修正的压缩模量值；

对于各项同性的硬化材料，已知屈服函数f，塑性势函数g分别为f(σ_ij,H)＝0和g(σ_ij,C)＝0，其中，H为硬化参量，H＝H(ε^p)；C为常数；

弹塑性刚度矩阵[C^ep]为：

步骤S3中，大型基础下地基土沉降计算及预测模型，能够依据不同的土性选用适宜的本构模型；

根据弹塑性刚度矩阵[C^ep]，推导在K₀条件下能够考虑土体塑性变形的压缩模量；

利用平面网格子域法结合分层总和法，更加准确的计算地基土的沉降；

步骤S3中，所述本构模型为修正剑桥模型或摩尔-库伦本构模型；

—修正剑桥模型；

采用屈服函数f与塑性势函数g相等的相关联流动法则，则修正剑桥模型的屈服函数为：

式中，λ，κ，M是土性基本参数；e₀是初始平均应力为p₀时的初始孔隙比；为塑性体积变形；p、q分别为平均正应力和广义剪应力；

依据修正剑桥模型的塑性势面g，屈服面f＝g和硬化参量求得：

上述中，η＝q/p，M表示临界状态比，与土的强度指标内摩擦角值的概念相同；

依据屈服函数f的正负判定土体所处的状态；

当f≤0时，依据式(11)求解竖向变形值；

当f＞0时，依据弹塑性刚度矩阵[C^ep]求解能够考虑塑性变形的修正压缩模量E_s，然后求解竖向变形值；

—对于砂土，采用摩尔-库伦本构模型；

采用屈服函数f与塑性势函数g相等的相关联流动法则，则摩尔-库伦模型的屈服函数为：

式中，I₁、J₂为应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量；c、为黏聚力和内摩擦角；θ_σ为Lode角，可表示为应力偏张量第二不变量J₂和应力偏张量第三不变量J₃的函数：

由屈服函数与塑性势函数f＝g，对应力的导数为：

上式中，

依据屈服函数f的正负判定土体所处的状态；

当f≤0时，依据式(11)求解竖向变形值；

当f＞0时，计算摩尔-库伦的弹塑性刚度矩阵[C^ep]，以便获得能够考虑其塑性变形的压缩模量值；

根据地基土变形计算模型，求解其不同状态下地基的竖向变形值。