[發(fā)明專利]一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210833364.2
• 申請(qǐng)日: 2022-07-14
• 公開（公告）號(hào): CN115146357A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建有;劉賓;石鵬超;邢海鵬;李浩鳴;張恩典;梁太利;秦濟(jì)生;高宇龍;余娟;王娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23;G06F111/04
• 代理公司: 北京盛詢知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11901
• 代理人: 相凡

1.一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：先選取渠道的典型斷面作為分析樣本，采集樣本斷面的凍土參數(shù)，對(duì)樣本斷面不同深度的凍結(jié)層和未凍結(jié)層分別進(jìn)行取樣，再對(duì)取樣土體進(jìn)行含水率分析，得到不同深度的凍結(jié)層和未凍結(jié)層的土體含水率，然后根據(jù)土體含水率計(jì)算土體的凍脹率；

步驟二：先對(duì)渠道典型斷面進(jìn)行勘查，并獲取渠道典型斷面的三維數(shù)值，再根據(jù)獲取的三維數(shù)值繪制渠道典型斷面圖，接著根據(jù)渠道典型斷面圖進(jìn)行三維數(shù)值模擬，并建立渠道的三維幾何模型，然后對(duì)三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，生成有限元模型；

步驟三：先對(duì)渠道典型斷面的混凝土材料進(jìn)行測(cè)試，獲得混凝土材料的密度參數(shù)、彈模參數(shù)和泊松比參數(shù)作為模型計(jì)算參數(shù)，再根據(jù)渠道的土體性質(zhì)以及渠道土體歷史資料設(shè)置土體的密度參數(shù)、彈模參數(shù)和泊松比參數(shù)作為模型的計(jì)算參數(shù)；

步驟四：先對(duì)渠道典型斷面的土體凍脹量進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)凍脹量計(jì)算結(jié)果，在有限元模型中將土體凍脹量沿陰面渠坡凍脹位移為多段線分布，并將該凍脹量作為位移荷載施加于土體和混凝土面板接觸面處，然后結(jié)構(gòu)約束施加于基礎(chǔ)土體上，之后在ANSYS中采用位移加載方式，逐步施加位移荷載，最后將計(jì)算參數(shù)輸入有限元模型并計(jì)算混凝土面板的位移場及應(yīng)力場；

步驟五：將混凝土面板的位移場及應(yīng)力場計(jì)算結(jié)果作為混凝土面板荷載，分析土體凍脹對(duì)混凝土面板變形和受力影響，即土體由凍脹產(chǎn)生的位移是否使混凝土面板內(nèi)部產(chǎn)生超過其承受能力的應(yīng)力和變形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法，其特征在于：所述步驟一中，采集的凍土參數(shù)包括渠頂?shù)乇淼膬鐾翑?shù)據(jù)和斜坡端的凍土數(shù)據(jù)，所述渠頂?shù)乇淼膬鐾翑?shù)據(jù)為地面以下的凍結(jié)厚度，所述斜坡端的凍土數(shù)據(jù)為距渠底坡腳不同距離的凍結(jié)層垂直坡面厚度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法，其特征在于：所述步驟一中，由土體含水率得到土體含水量，當(dāng)土體含水量大于飽和含水量，土體的凍脹率計(jì)算公式為：

η＝k*G*ω/(1+Gω)

式中，η為凍脹率，ω為土體的含水量，k為水的凍脹率，k＝9.07％，G為土粒比重。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法，其特征在于：所述步驟一中，當(dāng)土體的含水量介于起始凍脹含水量和飽和含水量之間時(shí)，土體的凍脹率計(jì)算公式為：

η＝(1+k)*ω*G/(1+e)-e/(1+e)

式中，e為未凍脹前土體的孔隙比。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法，其特征在于：所述步驟二中，所述渠道的三維幾何模型中，設(shè)有底板、兩側(cè)斜坡混凝土面板、齒槽、坡頂?shù)缆泛托逼掳肟p，其中排水孔無填充且斜坡半縫中未填充密封膠，所述兩側(cè)斜坡混凝土面板下方土體厚度的厚度為渠深的兩倍。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法，其特征在于：對(duì)三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分時(shí)，三維幾何模型兩側(cè)斜坡混凝土面板和齒槽周圍采用加密網(wǎng)格，三維幾何模型土體部分采用尺寸為25～150mm的網(wǎng)格進(jìn)行剖分。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法，其特征在于：所述步驟四中，所述基礎(chǔ)土體上施加結(jié)構(gòu)約束的具體操作為：在土體底部施加固定約束，并在兩側(cè)土體施加垂直河流方向約束。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土體凍脹對(duì)混凝土面板影響力的分析方法，其特征在于：所述步驟四中，所述凍脹量等于凍脹率與凍脹深度的乘積，計(jì)算公式為：

ΔH＝η*H

式中，H為凍土層深度，ΔH為凍脹量。