[发明专利]一种预测动力强夯对土体及周边环境影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地基加固处理施工技术领域，尤其是涉及一种预测动力强夯对土体及周边环境影响的方法。

背景技术

通过夯锤从高空落下重复夯击松软土层的动力强夯法，在国内外被广泛用于港口工程、海岸工程、路面工程以及其他工业与民用建筑设施的建设，该工法在我国上海浦东国际机场跑道的修建过程中得到应用。随着该工法的广泛应用，研究其施工对土体及周边环境的影响很有必要。

目前研究施工对周边环境影响的主要手段有：理论分析、现场监测、经验公式、数值模拟等。非数值方法通常是在理论假设的基础上，通过对现场观测数据或数值模拟计算结果的拟合分析而得到半经验性结论，或者直接由大量观测数据提出经验公式。

动力强夯施工对土体及周边环境的影响与一般的地基加固处理有很大的不同，强夯夯击过程中土体与土体之间及土体与构筑物之间的相互作用更为明显。目前国内研究强夯施工对地层及周围环境的影响主要以经验分析为主，缺乏成熟的计算理论。目前国内外有关动力强夯夯击的数值模拟方法主要有两种：1)Poran&Rodriguez在1992年提出直接赋予夯击点位置的土体一个随时间变化的加速度历史，并假设夯击点周围土体一个极高的刚度防止土体破坏，加速度随时间变化历史由有限的试验数据获得；2)Pan&Selby于2002年提出直接赋予夯击点的土体一个随时间变化的速度，并假设夯击点周围土体一个极高的刚度防止土体破坏，速度随时间变化由有限的试验数据获得。上述这两种方法都因为引入一些未经验证的参数而严重影响数值模拟结果精度，并且这些方法都只能模拟单个夯击的影响，因此在实际工程中的应用非常有限。目前国内针对动力强夯，进行高精度数值模拟技术展开的研究还不多见。动力强夯施工是一个不断重复的瞬时高能冲击的动态过程，其力学性态、空间状态在施工过程中不断变化，更要考虑到夯击锤从空中下落及在贯入的土体过程中能量的损失问题，有关参数的确定也较为复杂，使得建立考虑夯锤与土体共同作用的数值计算模型比较困难，涉及到非线性接触分析时问题更复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种基于夯锤贯入位移历史的动力强夯施工力学模型，结合数值模拟技术动力强夯对土体及周边环境影响的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种预测动力强夯对土体及周边环境影响的方法，该方法基于夯锤在强夯过程中贯入位移历史的施工全过程动力学模型，采用非线性数值模拟技术预测动力强夯施工对土体及周边环境的影响，具体包括以下步骤：

1)根据施工因素和地层条件，依据夯锤在不同夯击数下的贯入位移和夯击能等效平均应力两种方式，分别建立夯锤贯入位移历史动力学模型和夯锤等效平均应力动力学模型，确定夯击深度、夯锤等效平均应力及夯击作用时间，这两种动力学模型具体为：

A.夯锤贯入位移历史动力学模型：

一般方法采取施加强夯加速度，初始速度或者动力荷载。本方法采用的是预加位移边界条件的方法，即在一个时间段内，对夯锤顶部施加一个预加的位移边界条件，并且保持不变。假定夯锤在N击之后的贯入土体的深度为D_p，那么每一击的平均贯入深度就可以表示为d_avg＝D_p/N相应地，第i击时，夯锤的贯入深度为d_i＝i·D_p/N，(1≤i≤N)。夯锤的贯入深度可以通过现场试夯试验得到。

B.夯锤等效平均应力动力学模型

按照能量等效的原则，有式①：

其中：W为夯锤重量，H为夯锤落高，为平均夯击力，为夯锤平均贯入深度，为夯锤夯击效率系数。可分别按式②③进行计算。式②如下：