[发明专利]一种原位静力触探试验确定土体强度参数的分析方法

说明书

技术领域

 本发明涉及岩土方面原位静力触探试验确定土体强度参数分析方法的技术领域。

 

背景技术

静力触探是用静力将探头按一定速率匀速压入土中，连续量测其贯入阻力（锥头阻力、侧壁摩阻力）。静力触探是一种简单、准确、快速和经济的岩土工程原位测试方法。可用于： ①划分土层，判定土层类别，查明软、硬夹层及土层在水平和垂直方向的均匀性；②评价地基土的工程特性（容许承载力、压缩性质、不排水抗剪强度、水平向固结系数、饱和砂土液化势、砂土密实度等）； ③探寻和确定桩基持力层，预估打入桩沉桩可能性和单桩承载力；④检验人工填土的密实度及地基加固效果。 

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。工程中的基坑支护设计、地基承载力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。土的强度参数（粘聚力和内摩擦角）是和土的强度有关工程问题的重要参数。

静力触探试验测试贯入过程中贯入阻力（锥头阻力、侧壁摩阻力），不能直接提供土的强度参数。研究者根据室内土的强度试验和现场静力触探试验对比资料，建立了相关经验关系，例如可以用静力触探的探头阻力查表确定砂土的密度、变形模量、内摩擦角、粉质土和黏性土的液性指数、黏土和粉质黏土的变形模量、黏聚力和内摩擦角。但是上述方法主要为地区性经验公式，贯入机理不清，应用不够广泛。

 

发明内容

 本发明目的是提供一种比较切合实际的模拟静力触探试验中探头的贯入过程，误差小，得到的强度参数准确、可靠的原位静力触探试验确定土体强度参数的分析方法。

一种原位静力触探试验确定土体强度参数的分析方法，包括如下步骤：

第一步：首先建立静力触探试验数值分析模型，其中土的本构采用摩尔库伦模型，探头采用弹性模型，有限元几何模型采用大变形模型；

第二步：对第一步得到的静力触探试验数值计算贯入阻力与实测贯入阻力的最小误差函数作为目标函数，所述贯入阻力包括侧摩阻力和端阻力；

第三步：应用非线性最优化算法对第二步的目标函数进行优化，把数值计算和非线性最优化反演方法相结合，通过反复迭代使其快速收敛到全局最优解；

第四步：从而确定待定土的强度参数的最优值，建立实测贯入阻力和岩土体强度参数之间的对应关系，所述岩土体强度参数为粘聚力和内摩擦角。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：利用反演的强度参数预测的贯入阻力与实测的贯入阻力吻合较好，误差小，说明该方法可以很好的模拟静力触探试验中探头的贯入过程，得到的强度参数准确、可靠，解决了静力触探试验不能直接得到土的强度参数难题。

 

具体实施方式

本发明的原位静力触探试验确定土体强度参数的分析方法，包括如下步骤：

第一步：首先建立静力触探试验数值分析模型，其中土的本构采用摩尔库伦模型，探头采用弹性模型，有限元几何模型采用大变形模型；

第二步：对第一步得到的静力触探试验数值计算贯入阻力与实测贯入阻力的最小误差函数作为目标函数，所述贯入阻力包括侧摩阻力和端阻力；

第三步：应用非线性最优化算法对第二步的目标函数进行优化，把数值计算和非线性最优化反演方法相结合，通过反复迭代使其快速收敛到全局最优解；

第四步：从而确定待定土的强度参数的最优值，建立实测贯入阻力和岩土体强度参数之间的对应关系，所述岩土体强度参数为粘聚力和内摩擦角。