[發(fā)明專利]一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數(shù)值分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910568199.0
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110135125A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慶功;王建華;范怡飛;郭東
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)前沿技術(shù)研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙智德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43207
• 代理人: 左祝安

1.一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數(shù)值分析方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟：

S1、依據(jù)工程地質(zhì)，建立符合實(shí)際的數(shù)值分析模型；

S2、在群樁樁頭施加固定的水平荷載，然后模擬插樁過程，輸出插樁前后樁體和土體的水平位移云圖及樁體的水平位移曲線；

S3、根據(jù)樁體參數(shù)及API規(guī)范，建立對應(yīng)的非線性地基梁模型；

S4、把S2得到的樁身位移輸入到非線性地基梁模型中，輸出插樁前后彎矩沿樁身的分布曲線；

S5、對比插樁前后的模擬結(jié)果，對水平力作用下鉆井船插樁對鄰近群樁影響程度進(jìn)行評價(jià)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數(shù)值分析方法，其特征在于，步驟S1中，所述依據(jù)工程地質(zhì)，建立符合實(shí)際的數(shù)值分析模型，具體包括以下幾個(gè)步驟：

S11、考慮到樁靴插入土層時(shí)樁靴周圍會產(chǎn)生隆起的土體，為模擬該部分，故在土體表面以上設(shè)置一定深度的空穴單元；插樁深度影響范圍內(nèi)的土體設(shè)置成為歐拉材料，插樁深度影響范圍以外的土體、樁靴及受影響樁均采用拉格朗日實(shí)體建模；樁靴貫入土層過程中的自身變形很小，故將其設(shè)為剛體；樁靴初始位置位于空穴底部的泥面中心處；

S12、根據(jù)土層參數(shù)、樁靴及受影響樁的力學(xué)參數(shù)，分別給土體、樁靴及樁賦值屬性；

S13、在設(shè)置接觸時(shí)，歐拉材料與拉格朗日體之間的接觸采用通用接觸的接觸算法，拉格朗日體之間的接觸采用主面—從面的接觸算法，選擇剛度大的樁體表面作為主面，剛度小的土體表面作為從面；

S14、根據(jù)實(shí)際情況，對歐拉土體四周施加水平兩個(gè)方向速度為0的約束，土體底面施加豎直方向速度為0的約束，并且設(shè)置歐拉吸收邊界，以消除由于計(jì)算模型尺寸選取導(dǎo)致的邊界效應(yīng)，減小計(jì)算結(jié)果的振蕩；對拉格朗日土體按照相同的方式施加位移為0的約束；

S15、劃分網(wǎng)格時(shí)，土體、空穴和樁均采用六面體單元進(jìn)行劃分，樁靴采用四面體單元進(jìn)行劃分。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數(shù)值分析方法，其特征在于，所述的步驟S11中，歐拉土體的深度應(yīng)大于樁靴的插入深度，特別對于插樁深度范圍內(nèi)土層均為黏土層的情況，優(yōu)先使用以下規(guī)則設(shè)置CEL有限元模型中歐拉土體的范圍：

①若插樁深度小于0.75倍樁靴直徑，將歐拉土體的范圍設(shè)置為泥面以下1～1.25倍樁靴直徑；

②若插樁深度大于0.75倍樁靴直徑，則將插樁深度與插樁深度以下0.5倍樁靴直徑范圍內(nèi)的土體均設(shè)置成歐拉土體。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數(shù)值分析方法，其特征在于，所述的步驟S12中，根據(jù)土層參數(shù)、樁靴及受影響樁的力學(xué)參數(shù)，分別給土體、樁靴及樁賦值屬性，具體如下：

土體采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型，包括四個(gè)基本參數(shù)：彈性模量、泊松比、粘聚力和內(nèi)摩擦角；

對于受影響樁，樁的材料取為彈性，并按廣義虎克定律確定應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；

設(shè)定樁體為鋼管樁，為了提高計(jì)算效率，將受影響樁設(shè)置為實(shí)體樁體，計(jì)算中，按鋼管樁與實(shí)體樁抗彎剛度相等的原則，由下式確定計(jì)算模型中實(shí)心樁的等效彈性模量，式中：E₁、E₂分別為鋼管樁和等效實(shí)體樁的彈性模量；I₁、I₂為鋼管樁和等效實(shí)體樁的慣性矩。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數(shù)值分析方法，其特征在于，所述的步驟S15中，為了減少樁靴貫入阻力的振蕩對結(jié)果的影響，在靠近樁靴部分設(shè)置為細(xì)網(wǎng)格區(qū)域，以外區(qū)域設(shè)置為粗網(wǎng)格區(qū)域，細(xì)網(wǎng)格尺寸取為0.05倍樁靴直徑，細(xì)網(wǎng)格范圍取為2倍樁靴直徑。