[發明專利]一種考慮土體非達西固結的單樁豎向承載時變效應計算方法

在審

• 申請號: 202110045040.8
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112883657A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 于光明;馬璐;張澤超;張煒;羅侖博;代加林;孫天歌
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;E02D33/00;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

1.一種考慮土體非達西固結的單樁豎向承載時變效應計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據非達西流動定律建立一維固結平衡微分方程，通過差分格式離散方程，獲得固結偏微分方程的差分形式；

步驟2：引入不同排水條件下初始邊界條件和成層土交界面處滲流連續條件，求解方程獲得土體的超孔隙水壓力、滲透系數、固結系數、孔隙比解答；

步驟3：由孔隙比的變化計算出固結過程中每一時刻樁側土體沉降，并通過超孔隙水壓力的變化計算土體有效應力以及土體平均固結度；

步驟4：引入樁土界面荷載傳遞曲線，結合樁身軸力位移平衡方程和樁側摩阻力平衡方程，加入樁端邊界條件，通過假定樁頂變形迭代求解獲得樁周土體固結過程中樁身變形、軸力、樁側負摩阻力的分布情況。

2.根據權利要求1所述一種考慮土體非達西固結的單樁豎向承載時變效應計算方法，其特征在于，所述步驟1具體步驟如下：

步驟1.1：在較低水力梯度情況下，土體孔隙水流動遵守非達西流動準則，流速與水力梯度呈非線性關系，當水力梯度超過一定界限值呈現線性關系，孔隙水的流速與水力梯度的關系具體如下式所述：

式中：為水力梯度；i₀＝i_c(n-1)/n，為臨界水力梯度；i_c為啟動壓力梯度；n和α為非達西定律的擬合參數，其中，α＝i_c^(1-n)/n；v為流體通過土體介質的流速；當上式中α和n等于1時，非達西流動法則就退化為達西定律；

步驟1.2：當土層受到地表堆載q作用時，土體微單元中水的流入和流出沿z軸單方向流動，x和y方向單位滲流量為零，土體單元水的流出量與流入量差值等于土體單元體積變化率，存在等式：

孔隙水流量差：

土體單元體積變化率為：

式中：γ_w為水的重度；u為超孔隙水壓力；k為土體的滲透系數；a_v為土體壓縮系數；e為土體的孔隙比；

結合等式可以獲得固結偏微分方程：

式中：固結系數

3.根據權利要求1所述一種考慮土體非達西固結的單樁豎向承載時變效應計算方法，其特征在于，所述步驟2具體步驟如下：

步驟2.1：將土層沿深度劃分為M等分，節點編號依次為0,1…M，共M+1個節點，土層微段厚度為h＝H/M，時間劃分為N等分，時間編號依次為0,1…N，共N+1個節點，時間步長為Δt＝T/N，采用差分格式對固結偏微分方程進行離散，近似代替各個變量的偏微分形式，把連續問題變為多個方程的離散問題，得到固結控制偏微分方程的差分格式如下：

1)當0≤i_h＜i_c時，孔隙水的流速與水力梯度呈現非線性關系，固結控制偏微分方程的差分格式為：

2)當i_h≥i_c時，孔隙水的流速與水力梯度呈線性關系，固結控制偏微分方程的差分格式為：

式中：u_i,j指固結土層深度方向第i點在時間j時的超孔隙水壓力；k_i,j指固結土層深度方向第i點在時間j時的滲透系數；C_vi,j指固結土層深度方向第i點在時間j時的固結系數；

步驟2.2：在求解偏微分方程時初始邊界條件分為單面排水和雙面排水兩種情況，當上表面排水底面不排水時邊界條件為：

當上表面排水底面排水時邊界條件為：

步驟2.3：成層土計算時兩層土之間具有邊界連續條件和滲流連續條件；

在土層交界面處超孔壓相等：u₁[M][j]＝u₂[0][j]；

考慮滲流連續條件時相鄰土層交界面流速相等：

式中：k₁指第一層土體的滲透系數；k₂指相鄰第二層土體的滲透系數。