[发明专利]一种适用于砂土中筒型基础正压下沉阻力计算方法

摘要

本发明公开了一种适用于砂土中筒型基础正压下沉阻力的计算方法，其考虑了正压下沉过程中的挤土作用增加了外侧筒壁所受侧向压力，基于扩孔理论推导出的侧向土压力系数与DNV规范中所给侧向土压力系数相比较，计算结果更接近实际情况。考虑了内侧壁对土体的约束作用使筒内形成土塞效应，且产生的挤土效应会远大于筒外，与规范方法相比较，基于土塞效应推导的筒内土压力计算方法，与规范方法相比较，计算结果更接近实际情况。考虑了正压下沉过程中筒体内外土体呈现出不同的密实程度，对筒内外筒壁端阻力分别进行计算，尤其对于筒内侧端阻力采用反推摩擦角进行计算，方法简便，计算结果更接近实际情况。

主权项

1.一种适用于砂土中筒型基础正压下沉阻力的计算方法，其特征在于，采用以下步骤：/n(1)基于扩孔理论原理计算筒外壁水平土压力系数：采用圆孔扩张理论进行分析计算，将环形筒壁看作紧密排列的等直径圆柱体，忽略圆柱体之间的相互作用，将筒壁贯入土体的过程看作是圆孔扩张问题，/n由于弹性区与塑性区交界处径向应力既满足弹性区径向应力状态也满足塑性区径向应力状态，求得弹性区与塑性区交界处径向应力p_e与径向位移u_p/n /n /n式中：为砂性土有效内摩擦角；q为初始水平应力；E为土体的弹性模量；μ为泊松比；a为孔半径；r为计算点距圆孔中心的距离；/n根据扩孔过程中孔扩张体积变化与周围土体的弹塑性体积变化需满足相等的条件，求解最终塑性半径R：/n /n将公式(2)带入(3)求解得到R:/n /n其中，p_e为弹性区与塑性区交界处径向应力；a₀为扩孔初始半径；a_u为扩孔最终半径；Δ为塑性区的平均塑性体积应变，t为筒型基础壁厚，D为筒型基础直径；/n将扩孔最终塑性半径R及弹塑性交界处径向应力p_e带入到塑性区径向应力公式求解最终的扩孔径向应力，即筒壁对外侧土体的挤土压力p_u，结果为：/n /n对于不同深度土体的初始水平应力q，采用静止土压力理论计算，对于正常固结无粘性土，静止土压力系数采用Jaky公式进行计算：/n /n式中γ′为土的有效容重，h为土的深度，/n将公式(6)带入公式(5)得因此将筒外壁侧向土压力系数K₀表示为：/n /n(2)考虑土塞作用的筒内土压力计算：此计算方法考虑了土塞作用，对筒内土塞进行力学平衡分析来进行筒内土压力预测；/n对筒内土塞微元体进行受力分析，微元体土骨架竖向受力平衡：/n /n其中：σ为土中任意点竖向应力；R_s筒内土塞半径；f为土塞影响系数，0<f<1；为土体有效内摩擦角，δ为有效外摩擦角；K_i为筒内侧向压力系数；/n为简化计算，取环状土塞内摩擦角与外摩擦角δ相同，式(8)简化成：/n /n根据边界条件令求解内壁土压力(p_i)随深度(l)变化的关系为：/n /n筒内侧土压力系数K_i值按照步骤(1)扩孔理论计算，但由于筒内土塞挤压效果远大于筒外挤土效果，所以，计算时，对于塑性区的平均塑性体积应变，取Δ＝0.015，计算得到为K_i＝2.96；/n(3)考虑土塞作用及太沙基极限承载力原理的筒端土压力计算：筒型基础端部呈环形且贯入深度要远大于筒壁厚度，按条形深基础地基极限承载力计算方法确定筒型基础下沉过程中的筒端阻力，基础宽度为筒壁厚度；正压下沉过程中筒体内外土体呈现出不同的密实程度，对筒端阻力造成影响，对筒内外筒壁端阻力分别进行计算，分别为筒内壁与筒外壁的有效内摩擦角；/n筒外侧筒端阻力q₂计算：/n q₂＝1.2cN_c+γ₁DN_γ+0.6γBN_γ (11)/n其中，N_c、N_q、N_γ为承载力系数，D为基础的埋深；B为筒壁的厚度的一半；γ₁为基底以上土的等效容重；/n令条形的半径为nR式(11)中等效容重可表示为：/n /n其中，γ₀为基底以上土的容重；f_s为基础侧面与土之间的极限摩阻力，f_s＝k₀·γ′h·tanδ，k₀为水平土压力系数取0.8，τ为环形圆柱体边界上的剪阻力，对于砂性土而言，τ常取0；/n根据滑动面几何关系，式(12)中n与有效内摩擦角的关系：/n /n将式(12)(13)带入式(11)，有效内摩擦角为可计算筒外侧端阻力；/n筒内侧筒端阻力q₁计算：/n对于筒内侧端阻力，根据环形土塞理论，用影响系数f校核确定筒内土塞影响半径R_s，根据R_s＝nB以及公式(13)反推出筒内环形土塞的有效摩擦角后再进根据式(11)计算筒内侧端阻力q₁；/n最终可得到考虑内外挤土差异的筒端阻力值q_u：/n /n其中，q₁为筒外侧端阻力；q₂为筒外侧端阻力；s为筒端部面积。/n