[发明专利]沉桩过程中桩周土体超孔隙水压力沿深度变化的预测方法

说明书

本发明提供了一种静压沉桩过程中桩周超孔隙水压力沿深度变化的预测方法。包括以下步骤：首先确定场地土体的参数以及沉桩参数。其次，根据所述土体参数和沉桩参数，分别得到每个参数对应的桩周土体超孔隙水压分布简化曲线系数的比例因子。再次，根据比例因子，并结合桩周土体超孔隙水压分布标准曲线的系数，求得桩周土体超孔隙水压分布简化曲线系数，得到沉桩过程中桩周土体超孔隙水压力沿深度分布情况。本发明的快速预测饱和细粒土在静压沉桩过程中超孔隙水压力沿深度变化的方法，原理简单，计算精度高，能提高实际过程的沉桩效益，具有较强的实用性，通过与现场实测数据比较，也证实了本发明所建立分布模型和预测公式的有效性。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体地，涉及一种在饱和细粒土静压沉桩过程中桩周土体初始超孔隙水压力沿深度变化的快速预测方法。

背景技术

在高层建筑、大跨度桥梁、港口码头和近海构筑物(海上风机和钻井平台)等工程施工中，由于浅层土质较弱，为将上部荷载传递到持力层或将软弱土层挤密以提高地基土的承载力，一般均需要采用桩基础。随着对桩基承载力和桩长要求的不断提高，对桩基础的设计施工提出了诸多挑战。沉桩引起的桩周饱和土体超孔隙水压力的发展对于评价桩周土体应力状态的变化和桩基承载力的变化具有极其重要的意义。此外，超孔隙水压力的产生还会对桩体周边环境产生不利影响。因此，有必要研究沉桩过程中桩周土体超孔隙水压力的分布情况。

以往的超孔隙水压力的理论解都是从柱腔和球腔的膨胀推导出来的，一般都简化为一维的圆孔膨胀问题。该方法不能预测超孔隙水压力竖向分布随桩顶进深度的变化。本发明通过数值研究，提出了一种简单、快速的估算桩周饱和细粒土在桩体顶进过程中产生的初始超孔隙水压力竖向分布的方法。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术在饱和细粒土中静压沉桩时，初始的超静孔压分布不容易得到，由此带来的设计不便、滞后性等不足，提供了一种沉桩过程在桩周饱和细粒土中土体初始超孔隙水压力沿深度变化的快速预测方法。

本发明方法综合了场地因素和施工因素，首先，建立考虑孔隙水压力效应的三维有限元数值模型，模拟饱和土中的静压沉桩过程。然后，定义7个系数(κ₀₁,κ₁₂,d_Δu＝0,κ₂₃,κ₃₄,Δu_max,d₃)来描述超孔隙水压力沿深度的分布。研究了桩体半径、土体不排水抗剪强度、弹性模量和超固结比对超孔隙水压力分布曲线相关系数的比例因子的影响。同时，根据所得到的结果，确定了不同贯入深度下归一化的最大超孔隙水压力与各参数之间的关系。最后，建立了不同贯入深度下桩周饱和土体初始超孔隙水压力沿深度分布的预测公式。本发明能够简捷、有效的计算沉桩过程中初始超孔隙水压力沿深度变化，可以大大提高施工的效率，具有较强的实用性，进一步完善现有沉桩施工技术和分析方法。

为达上述及其它目的，本发明通过以下技术方案实现。

一种沉桩过程中桩周土体超孔隙水压力沿深度变化的预测方法，包括以下步骤：

S1：获取静压沉桩场地内的土体参数和沉桩参数，其中，所述土体参数包括：不排水抗剪强度c_u、弹性模量E以及超固结比OCR，所述沉桩参数包括：桩径R_p和沉桩深度z_p；

S2：根据S1中所获取的所述土体参数和沉桩参数，分别得到每个参数对应的桩周土体超孔隙水压力分布简化曲线系数的比例因子；

S3：根据S2中所得到的所述比例因子，并结合桩周土体超孔隙水压力分布标准曲线的系数，求得桩周土体超孔隙水压力分布简化曲线系数，得到沉桩过程中桩周土体超孔隙水压力沿深度分布情况。