[發明專利]黃土土體內部剛度計算方法

有效

• 申請號: 202110502676.0
• 申請日: 2021-05-09
• 公開（公告）號: CN113191004B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 鄧津
• 申請（專利權）人: 甘肅省地震局
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張晉

本發明涉及一種用于計算土顆粒內部剛度，剛度比，模量等參數的方法，用于工程計算以及數值模擬。剛度參數主要應用在顆粒流PFC程序，FLack3d程序，以及有限元(abqus)等技術的各類計算程序之中。剛度在巖土工程計算領域的重要指標參數，剛度參數主要應用在顆粒流PFC，FLac3，以及有限元(abqus)等技術的各類計算程序之中。本發明的計算公式適用于具有較強非線性的各類黃土場地計算中，包括我國西部黃土指的在我國廣泛分布的隴西，山西，陜西及青海等地的砂土，粉砂土，低粘性粉土等，具有較強的適用性。

技術領域

本發明涉及一種針對對黃土土體內部剛度，剛度比以及動模量的計算方法。

背景技術

本發明主要用于巖土工程領域中地基土的動力基礎設計，其中選用天然地基土的動力參數，包括一些重要的指標參數，例如，地基土剛度系數和阻尼比以及動模量。指標參數用于計算和分析判斷土體的動載強度有主要作用。例如，在堤防培厚加高的時候，兩邊的基礎在計算時要考慮剛度問題；樁基土也需要考慮周圍土體的剛度問題。土顆粒內部剛度計算，是在巖土工程領域的重要指標參數，顆粒之間剛度計算精度的好壞，直接影響到土地基的受力分析，進而影響到工程造價等實際及關鍵問題。之前的土力學中，對于考慮地基土體內部的剛度問題，還沒有專門針對性的數學模型以解答此剛度問題，也沒有相關參數可以反映到具體問題。

以往規范中，土被當做剛性材料計算，因此剛度的計算主要采用“m”計算方法。在2009年6月版本“建筑樁基技術規范JGJ94-2008中改為“土層水平抗力系數的比例系數m(m_N/m4)”，正值直接為回填土剛度系數K,該參數可以參照規范JGJ94-2008的表5.7.5的灌注樁項來取值。m的取值范圍一般在2.5-100之間，在少數情況下的中密、密實的沙礫、碎石類土取值可達100-300，正值直接為回填土剛度系數K(kN/m³)，可以按照m法的計算公式K＝1000*M*H計算填寫。參見，地基土的動力剛度系數取值問題_趙恩溥，2017；房屋糾傾中地基土體剛度調節的理論與實踐，韓建平，2018。《JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎設計規范》樁基土彈簧計算方法，根據地基基礎規范中給出的m法計算樁基的土彈簧：基本公式K＝ab₁mz(式中：a：各土層厚度,b1：樁的計算寬度,m：地基土的比例系數z：各土層中點距地面的距離)。上述規范中所采用的計算方法主要采用經驗值，即沒有一套完整的技術理論和公式計算土體剛度，導致黃土等土體的最終計算結果偏離實際。

剛度參數主要應用在顆粒流PFC，FLac3，以及有限元(abqus)等技術的各類計算程序之中。參考：離散元顆粒流軟件(PFC)在道路工程中的應用，陳俊，2015。有限元法中，求總體剛度矩陣的方法有兩種。一種是直接利用剛度系數集成的方法獲得總體剛度矩陣；第二種是由單元剛度矩陣按節點的順序編號疊加而成，而建立單元剛度矩陣的方法有直接剛度法、虛功原理法、能量變分法等等。此外，連續壓實檢測指標(RCMV)表示一定影響深度范圍內多層土體的總剛度,當路基下臥層剛度變異性較大時,其值將無法真實反映填筑層的土體壓實度,并影響相關性校驗和壓實質量評價結果。RCMVL與常規壓實檢測指標的相關性更大,更適用于下臥層剛度變異性較大的工況。參見：鐘立力.基于正演模擬分析的路基填筑過程土體剛度計算研究[J].交通科技,2017(1):27-30.

現有技術尤其不適用于具有較強非線性的各類黃土場地計算中。

發明內容

本發明提供一種可克服現有技術不足的，建立能反應不同微觀結構差別的黃土顆粒之間的剛度，尤其針對非線性較強的黃土，包括低粘性粉土，粉砂土中土體剛度計算中，更具有針對性和準確性的黃土土體內部顆粒剛度計算方法。本發明的黃土土體內部顆粒的法向剛度和切向剛度如式Ⅰ所示，剛度比k計算公式如式Ⅱ，土體模量M計算公式如式Ⅲ所示，

式Ⅰ

式Ⅱ