[發明專利]埋置錨板荷載作用下飽和土層中孔隙水壓力的確定方法

有效

• 申請號: 202011013785.8
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112149215B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 張石平;林晨;張軍輝;徐站
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F17/12;G06F17/15;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了埋置錨板荷載作用下飽和土層中孔隙水壓力的確定方法，將埋置彈性錨板對土體的作用視為均勻分布的圓形荷載，包括有效應力和孔隙流體壓力分量，給出了錨板荷載作用下剛性地基上有限厚度飽和土層中孔隙水壓力的計算公式。考慮土層厚度的影響，同時也能通過退化處理得到已有的半空間解或者全空間解；將錨板荷載考慮為三個土骨架有效應力分量和一個孔隙水壓力組合的形式，能適應復雜荷載組合的情況。

技術領域

本發明屬于海岸土體工程技術領域，特別是涉及一種埋置錨板荷載作用下飽和土層中孔隙水壓力的確定方法。

背景技術

在海岸工程中，錨板是一種重要的基礎，通常埋置在充滿流體的土體中，為結構提供錨固力。于此同時，錨板也對周圍的土體產生作用力，使得土體中產生孔隙水壓力，進一步導致土體產生固結變形或者飽和砂土產生液化等問題。因此，在這樣的荷載作用下，飽和土體的孔隙水壓力的計算具有重要作用，這對于相關工程中錨板結構的設計和施工具有重要意義。

現有技術中，土體通常被認為是流體填充的彈性多孔半空間或全空間介質，這種假設在土層的厚度足夠大時是合理的。然而，在實際應用中，更為常見的是有限厚度的飽和土層，其底部被堅硬的基巖所覆蓋，這些基巖可被視為剛性基礎。在這種物理力學系統中，基巖的剛性邊界的存在會導致波動力學中包含共振和截斷頻率現象等動力學行為。有限層狀介質和眾所周知的無限半空間介質在幾何和邊界條件上存在顯著差異，在設計和實踐過程中，顯然需要注意上述因素的影響。而且，上述研究大多是針對個別或簡單荷載情況，這顯然不方便，甚至限制了對復雜問題的分析。

現有技術將飽和土體當作半無限的半空間或者無限的全空間介質處理，不能考慮當土層的厚度較薄或者土層的底部位于堅硬的巖層上的情況，忽略了土層厚度帶來的影響。并且對半空間或全空間現有技術適用的土層厚度尚不清楚。而實際工程中，土層通常位于堅硬的巖石之上，且厚度是有限的。因此在這種情況下，需要改進現有技術，提出適用于有限厚度土層孔隙水壓力的計算方法。另一方面，現有技術大多將錨板荷載考慮為單一的荷載形式，比如只考慮豎向荷載，或者水平荷載，荷載的形式也比較簡單，適用范圍有限，或者說對于復雜荷載組合的情況就難以考慮。比如錨板通常是不透水的混凝土結構，其對于土體的作用，除了土骨架本身的有效應力之外，還有孔隙水壓力的作用。而現有技術忽略了土骨架有效應力和孔隙水壓力的組合作用，使得此類問題難以全面考慮。換言之，土體厚度以及復雜荷載組合條件下飽和土體中孔隙水壓力的計算便不夠準確。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種埋置錨板荷載作用下飽和土層中孔隙水壓力的確定方法，考慮土層厚度的影響，同時也能通過退化處理得到已有的半空間解或者全空間解；將錨板荷載考慮為三個土骨架有效應力分量和一個孔隙水壓力組合的形式，能適應復雜荷載組合的情況。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是，埋置錨板荷載作用下飽和土層中孔隙水壓力的確定方法，包括：

S1，飽和土層中埋置錨板，將埋置彈性錨板對土體的作用視為均勻分布的圓形荷載，包括有效應力和孔隙流體壓力分量，以圓形荷載的圓心為圓心建立圓柱坐標系的模型，飽和土層的厚度為L，荷載埋置深度為s，荷載埋置深度將坐標系分成了上部區域Ⅰ和下部區域Ⅱ，r為徑向坐標，θ為環向坐標，z為豎向坐標；用飽和多孔介質理論描述飽和土的動態特性，之后建立飽和土的動力控制方程；

S2，求解動力控制方程，利用勢能函數方法分解土骨架和孔隙流體的位移矢量；引入標量勢函數，得到四個獨立波動方程；

S3，為求解獨立波動方程進行Fourier-Hankel積分變換，將獨立的標量勢沿周向θ進行復指數形式的傅里葉級數展開并帶入到獨立波動方程中，再進行n階Hankel積分變換，得到勢函數的Fourier級數分量進行n階Hankel積分變換的變型量，得到變型量的通解；