[發(fā)明專利]一種條形基礎(chǔ)地基極限承載力的確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110065855.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112900410B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡承睿;張錕;閆濤;沈水龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 汕頭大學(xué)
• 主分類號(hào): E02D1/08
• 分類號(hào): E02D1/08;E02D33/00;G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 周增元

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種條形基礎(chǔ)地基極限承載力的確定方法，克服了一般有限元方法的網(wǎng)格畸變問(wèn)題，并支持任意大的彈塑性變形；本發(fā)明采用離散點(diǎn)代替單元求解微分方程，利用截?cái)喾謱拥腂樣條曲線消除了單元交叉誤差，細(xì)化了局部變形處的背景單元網(wǎng)格，使計(jì)算資源可以集中在關(guān)注的空間，提高了計(jì)算效率，并利用分裂質(zhì)點(diǎn)策略消除了極端大變形情況下可能發(fā)生的數(shù)值斷裂問(wèn)題，使得地基極限承載力確定可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基礎(chǔ)工程領(lǐng)域，尤其涉及一種條形基礎(chǔ)地基極限承載力的確定方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，條形基礎(chǔ)成為高層、超高層建筑以及大型地下空間工程基礎(chǔ)形式的主要選擇。由于條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工、使用過(guò)程中存在多種不確定性和無(wú)法預(yù)測(cè)的因素，如荷載大小、材料強(qiáng)度、周圍環(huán)境和人為因素等，條形基礎(chǔ)地基極限承載力的確定一直是實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。大量學(xué)者對(duì)條形基礎(chǔ)地基極限承載力的確定方法展開(kāi)了相關(guān)研究，黃齊武等以極限分析下限法理論為基礎(chǔ)，利用應(yīng)力型有限元法建立滿足條件的靜力許可應(yīng)力場(chǎng)，并由此計(jì)算條形基礎(chǔ)地基極限承載力。韓冬冬等采用有限差分法推導(dǎo)出條形基礎(chǔ)地基土在極限狀態(tài)時(shí)的有限差分公式，并結(jié)合邊界條件求解條形基礎(chǔ)地基極限承載力。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究者在地基極限承載力問(wèn)題上的研究進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，地基極限承載力的傳統(tǒng)有限元數(shù)值計(jì)算方法均采用了統(tǒng)一尺度的計(jì)算網(wǎng)格。而條形基礎(chǔ)在出現(xiàn)極限承載力時(shí)，基礎(chǔ)周邊會(huì)存在局部大變形。因而，傳統(tǒng)有限元計(jì)算方法將存在局部網(wǎng)格畸變和數(shù)值斷裂問(wèn)題，降低了計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性。因此，需要一種新的計(jì)算方法來(lái)消除地基極限承載力局部大變形計(jì)算過(guò)程中的網(wǎng)格畸變和數(shù)值斷裂問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，趙明華等于2019年發(fā)表在《長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)》期刊的文章：“通過(guò)有限單元對(duì)應(yīng)力場(chǎng)和速度場(chǎng)進(jìn)行離散,根據(jù)上、下限定理建立節(jié)點(diǎn)應(yīng)力和節(jié)點(diǎn)速度的約束方程,將外力荷載或總的內(nèi)能耗散作為目標(biāo)函數(shù),建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型,并采用優(yōu)化算法求解該模型,得到嚴(yán)格的上、下限解,在優(yōu)化計(jì)算過(guò)程中對(duì)Mohr-Coulomb準(zhǔn)則進(jìn)行了雙曲線近似處理。”該文章采用統(tǒng)一網(wǎng)格的有限元計(jì)算模型，首先對(duì)條形基礎(chǔ)地基的應(yīng)力應(yīng)變和位移進(jìn)行分析，然后基于應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。該方法未考慮統(tǒng)一網(wǎng)格有限元法在條形基礎(chǔ)地基局部大變形分析中的誤差累積問(wèn)題，應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)存在較大誤差，進(jìn)而導(dǎo)致地基承載力計(jì)算結(jié)果失準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種條形基礎(chǔ)地基極限承載力的確定方法。該方法克服現(xiàn)有傳統(tǒng)有限元方法的網(wǎng)格畸變?nèi)毕荩С秩我獯蟮膹椝苄宰冃危龢O端大變形情況下可能發(fā)生的數(shù)值斷裂問(wèn)題，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種條形基礎(chǔ)地基極限承載力的確定方法，包括以下步驟：

第一步，取條形基礎(chǔ)下部分土層作為分析區(qū)域，繪制基礎(chǔ)局部荷載分布圖，取土樣確定土體地質(zhì)參數(shù)。

優(yōu)選地，所述條形基礎(chǔ)為長(zhǎng)度L是寬度B的10倍及以上的基礎(chǔ)形式。

優(yōu)選地，所述分析區(qū)域是邊長(zhǎng)為N的正方形。

其中，邊長(zhǎng)N應(yīng)滿足式(1)：

N≥5B (1)

更優(yōu)選地，所述分析區(qū)域土層的受到完全約束，左右邊界僅在法線方向受到約束。

優(yōu)選地，所述局部荷載分布圖為條形基礎(chǔ)對(duì)土層施加的荷載示意圖，垂直于軸向，作用在地基頂部，用于后續(xù)劃分分層背景單元網(wǎng)格。

優(yōu)選地，所述地質(zhì)參數(shù)為對(duì)土樣進(jìn)行物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的物理力學(xué)參數(shù)，包括土體粘聚力C和內(nèi)摩擦角用于后續(xù)DP準(zhǔn)則的計(jì)算。

第二步，將所述分析區(qū)域分層網(wǎng)格化，確定分層網(wǎng)格層數(shù)L、第l層網(wǎng)格長(zhǎng)度h^l。

優(yōu)選地，所述分層網(wǎng)格化是將所述分析區(qū)域依次劃分為0至L-1層網(wǎng)格，網(wǎng)格層數(shù)越高，網(wǎng)格長(zhǎng)度越小，相鄰網(wǎng)格單元之間的層數(shù)差不能超過(guò)一個(gè)級(jí)別。