[發(fā)明專利]一種穿越溶洞型嵌巖樁豎向極限承載力計(jì)算方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110283978.3
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113051643A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶慶科;袁維;李華偉;王偉;劉晶晶;楊海朋;賈向新;王德亮;張鵬;王修蛟;秦祿盛;喬永立;成現(xiàn)偉;劉紅超;張迎春
• 申請（專利權(quán)）人: 河北建設(shè)勘察研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發(fā)明公開了一種穿越溶洞型嵌巖樁豎向極限承載力計(jì)算方法及系統(tǒng)，所述計(jì)算方法包括如下步驟：確定基樁和巖土體的物理力學(xué)參數(shù)；根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算上覆巖土層中的樁身極限側(cè)摩阻力根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算基樁的嵌巖段總極限阻力根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算樁身軸向受壓破壞極限荷載樁身極限側(cè)摩阻力加上嵌巖段總極限阻力與樁身軸向受壓破壞極限荷載之間的較小值作為基樁豎向極限承載力P_u^R。本發(fā)明充分考慮了溶洞頂板的張拉破壞區(qū)域?qū)Τ休d力的影響，同時亦考慮樁身破壞模式對承載力的影響，提高了穿越溶洞型嵌巖樁豎向極限承載力計(jì)算的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基樁承載力計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種穿越溶洞型嵌巖樁豎向極限承載力計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

基樁已廣泛應(yīng)用于巖溶地區(qū)的工程建設(shè)中，溶洞的存在，給基樁的豎向極限承載力帶來了顯著的影響，如何合理計(jì)算巖溶區(qū)基樁豎向承載力成為基樁設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。

穿越溶洞型基樁在軸向荷載作用下的受力狀態(tài)較為復(fù)雜，溶洞對穿越其基樁的受力變形規(guī)律及潛在失穩(wěn)模式存在顯著的影響，這種影響主要體現(xiàn)以下三個方面：(1)由于溶洞頂板缺乏下部支撐，溶洞頂板的巖土體可能存在受拉狀態(tài)，當(dāng)張拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時，則巖土體將發(fā)生張拉破壞，從而使樁身側(cè)摩阻力的受力面積降低。(2)由于溶洞的存在，上覆巖土的支承作用降低，從而導(dǎo)致巖土層的自重應(yīng)力場發(fā)生顯著變化，樁身周圍的應(yīng)力場亦受到影響，樁身側(cè)摩阻力的分布規(guī)律與無溶洞時相比存在差異。(3)穿越溶洞段的樁身周圍無巖土體的側(cè)向約束或側(cè)向約束較弱，因此，樁身在穿越段的側(cè)摩阻力可忽略，同時，由于樁身的橫向約束降低，在豎向荷載作用下，基樁自身穩(wěn)定性亦降低，從而使豎向極限承載能力受到影響。

當(dāng)溶洞頂板厚度小于其安全所需的最小厚度時，在豎向荷載作用下，頂板存在失穩(wěn)破壞的風(fēng)險，此時，需考慮基樁穿越溶洞頂板并嵌入溶洞底板一定深度，以提高基樁的承載力。目前尚無計(jì)算此類穿越溶洞型基樁極限承載力的成熟方法，在具體的工程實(shí)踐中，通常借鑒嵌巖樁的相關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行極限承載力設(shè)計(jì)，即只考慮穿越溶洞型基樁嵌巖段的樁端承載力，忽略溶洞頂板以上巖土體對樁身的側(cè)摩阻力。顯然，此種計(jì)算方法得到的結(jié)果是偏保守的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種穿越溶洞型嵌巖樁豎向極限承載力計(jì)算方法及系統(tǒng)，以提高穿越溶洞型嵌巖樁豎向極限承載力計(jì)算的準(zhǔn)確性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種穿越溶洞型嵌巖樁豎向極限承載力計(jì)算方法，所述計(jì)算方法包括如下步驟：

確定基樁和巖土體的物理力學(xué)參數(shù)；所述物理力學(xué)參數(shù)包括：基樁半徑r、基樁總長度L、溶洞半徑R、溶洞高度H、基樁嵌入溶洞底板深度H_r、上覆土層第i層土的厚度l_i、樁周第i層土的極限側(cè)阻力q_ski、樁周第i層土的容重γ_i、樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)平均值m、溶洞基巖巖體單軸抗壓強(qiáng)度σ_cmass、基樁彈性模量E和基樁單軸抗壓強(qiáng)度

根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算上覆巖土層中的樁身極限側(cè)摩阻力

根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算基樁的嵌巖段總極限阻力

根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算樁身軸向受壓破壞極限荷載

樁身極限側(cè)摩阻力加上嵌巖段總極限阻力與樁身軸向受壓破壞極限荷載之間的較小值作為基樁豎向極限承載力

可選的，根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算上覆巖土層中的樁身極限側(cè)摩阻力具體包括：

根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，利用公式計(jì)算拱效應(yīng)系數(shù)Ψ；

根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)和拱效應(yīng)系數(shù)Ψ，利用公式計(jì)算上覆巖土層中的樁身極限側(cè)摩阻力