[发明专利]一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法

权利要求书

1.一种新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一：将悬臂桩的土拱效应问题简化为二维平面应变问题，选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析；

步骤二：在二维平面计算模型的基础上对桩后土拱形成和失效机制进行研究，建立桩土相互作用的颗粒流模型；

步骤三：通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱的形成过程；

步骤四：通过数值模拟试验，分析随着土体位移的增大桩后土拱演化过程影响因素；

步骤五：采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应的失效过程；

步骤六：采用非连续变形的颗粒流方法，分析土拱效应失效过程的影响因素。

2.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，二维平面应变问题是对选取地面下一定深度的单位厚度土层进行分析，设置边界条件如下：

a,该土层的变形仅发生在平面内，忽略其竖直方向的变形;

b,假定桩体完全刚性，不发生变形和位移，重点分析桩间土体;

c,为了减小计算模型的规模，考虑模型的对称性，仅分析两桩间的单个土拱;

d,设定桩前边界自由以模拟桩前无土或不考虑桩前土体抗力的情况；在桩后边界上设置y方向的位移模拟土体的水平移动;

选取矩形截面抗滑桩作为研究对象，桩截面高度a=3.0m，宽度b=2.0m;研究范围高度H=10m，间距L=3b、4b、5b,左右两侧边界约束土体横向位移，纵向自由。

3.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，桩土相互作用的颗粒流模型的建立方法为：采用颗粒流方法对岩土材料进行模拟时，先建立岩土结构的颗粒集合，并不断调整颗粒的各项参数，使该集合在宏观上具有与实际岩土材料相一致的力学特性；经过大量PFC试样的模拟试算，选定PFC模型颗粒粒径Rmin=3mm、最大粒径与最小粒径比Rmax/Rmin=2.7，粒径服从正态分布，颗粒间的连接强度值也服从正态分布；数值模拟过程中，逐步加载使土体向抗滑桩方向缓慢移动，以使土体中的应力水平逐步增大，直至桩后颗粒发生较大规模坍落，土体应力出现跌落。

4.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，土拱的形成过程为：第一阶段，桩体初始承载阶段；第二阶段，桩体承载增长，土拱形成与稳定演化阶段；第三阶段，土体开始屈服，土拱不稳定演化阶段。

5.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，土拱演化过程受到桩土相对位移、土体参数以及桩体参数的影响。

6.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，土拱效应失效过程为：

第一阶段，随着桩土相对位移的增大，土体屈服区的扩展已较为显著，但桩后土压力仍能随之增大，直至达到某极限值，该阶段可视为土拱的损伤阶段；

第二阶段，桩后土压力超过其极限值后，土压力将随着桩土位移量的增大而降低；

第三阶段，随着桩土相对位移的不断增大，桩后土压力迅速降低至某一值后，达到一定的动态平衡，土压力将保持在一定的水平。

7.如权利要求1所述的新型的悬臂桩土拱效应的测试方法，其特征在于，土拱效应失效过程影响因素为土体参数和桩间距。