[发明专利]黄土土体内部刚度计算方法

说明书

本发明涉及一种用于计算土颗粒内部刚度，刚度比，模量等参数的方法，用于工程计算以及数值模拟。刚度参数主要应用在颗粒流PFC程序，FLack3d程序，以及有限元(abqus)等技术的各类计算程序之中。刚度在岩土工程计算领域的重要指标参数，刚度参数主要应用在颗粒流PFC，FLac3，以及有限元(abqus)等技术的各类计算程序之中。本发明的计算公式适用于具有较强非线性的各类黄土场地计算中，包括我国西部黄土指的在我国广泛分布的陇西，山西，陕西及青海等地的砂土，粉砂土，低粘性粉土等，具有较强的适用性。

技术领域

本发明涉及一种针对对黄土土体内部刚度，刚度比以及动模量的计算方法。

背景技术

本发明主要用于岩土工程领域中地基土的动力基础设计，其中选用天然地基土的动力参数，包括一些重要的指标参数，例如，地基土刚度系数和阻尼比以及动模量。指标参数用于计算和分析判断土体的动载强度有主要作用。例如，在堤防培厚加高的时候，两边的基础在计算时要考虑刚度问题；桩基土也需要考虑周围土体的刚度问题。土颗粒内部刚度计算，是在岩土工程领域的重要指标参数，颗粒之间刚度计算精度的好坏，直接影响到土地基的受力分析，进而影响到工程造价等实际及关键问题。之前的土力学中，对于考虑地基土体内部的刚度问题，还没有专门针对性的数学模型以解答此刚度问题，也没有相关参数可以反映到具体问题。

以往规范中，土被当做刚性材料计算，因此刚度的计算主要采用“m”计算方法。在2009年6月版本“建筑桩基技术规范JGJ94-2008中改为“土层水平抗力系数的比例系数m(m_N/m4)”，正值直接为回填土刚度系数K,该参数可以参照规范JGJ94-2008的表5.7.5的灌注桩项来取值。m的取值范围一般在2.5-100之间，在少数情况下的中密、密实的沙砾、碎石类土取值可达100-300，正值直接为回填土刚度系数K(kN/m³)，可以按照m法的计算公式K＝1000*M*H计算填写。参见，地基土的动力刚度系数取值问题_赵恩溥，2017；房屋纠倾中地基土体刚度调节的理论与实践，韩建平，2018。《JTGD63-2007公路桥涵地基与基础设计规范》桩基土弹簧计算方法，根据地基基础规范中给出的m法计算桩基的土弹簧：基本公式K＝ab₁mz(式中：a：各土层厚度,b1：桩的计算宽度,m：地基土的比例系数z：各土层中点距地面的距离)。上述规范中所采用的计算方法主要采用经验值，即没有一套完整的技术理论和公式计算土体刚度，导致黄土等土体的最终计算结果偏离实际。

刚度参数主要应用在颗粒流PFC，FLac3，以及有限元(abqus)等技术的各类计算程序之中。参考：离散元颗粒流软件(PFC)在道路工程中的应用，陈俊，2015。有限元法中，求总体刚度矩阵的方法有两种。一种是直接利用刚度系数集成的方法获得总体刚度矩阵；第二种是由单元刚度矩阵按节点的顺序编号叠加而成，而建立单元刚度矩阵的方法有直接刚度法、虚功原理法、能量变分法等等。此外，连续压实检测指标(RCMV)表示一定影响深度范围内多层土体的总刚度,当路基下卧层刚度变异性较大时,其值将无法真实反映填筑层的土体压实度,并影响相关性校验和压实质量评价结果。RCMVL与常规压实检测指标的相关性更大,更适用于下卧层刚度变异性较大的工况。参见：钟立力.基于正演模拟分析的路基填筑过程土体刚度计算研究[J].交通科技,2017(1):27-30.

现有技术尤其不适用于具有较强非线性的各类黄土场地计算中。

发明内容

本发明提供一种可克服现有技术不足的，建立能反应不同微观结构差别的黄土颗粒之间的刚度，尤其针对非线性较强的黄土，包括低粘性粉土，粉砂土中土体刚度计算中，更具有针对性和准确性的黄土土体内部颗粒刚度计算方法。本发明的黄土土体内部颗粒的法向刚度和切向刚度如式Ⅰ所示，刚度比k计算公式如式Ⅱ，土体模量M计算公式如式Ⅲ所示，

式Ⅰ

式Ⅱ