[发明专利]高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法

权利要求书

1.高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：所述入岩深度确定方法包括以下步骤内容；

1)首先以软质岩土深回填区的高压变电站赋存地层为研究对象，确定不同埋深地层的物理力学参数及强度特征值，明确软质岩土深回填区主要导致地层沉降变形及大范围的负摩阻力；

2)基于高精度探地雷达的现场探测及图形软件的可视化处理，构建地层结构的分析模型以辨识特殊地层及地层分界面；

3)分析旋挖钻进工作参数的实时变化过程，建立旋挖钻进工作参数数据库及地层辨识模型，确定地层类型及可能的持力层界面；所述旋挖钻进工作参数包括给进力、转速、转矩以及钻进速度；

4)基于旋挖钻进工作参数与地层强度特征的关联性，确定不同埋深地层类型的辨识指标；

5)构建精细化三维有限元模型，分析地层-桩基耦合体系的承载力特性、变形及内力变化规律，进一步判定深回填区旋挖钻进过程的最优入岩深度；

地层-桩基耦合体系模型是考虑地层与桩基的不同接触类型及接触力学模型，研究不同入岩深度及不同类型地层环境中的桩基变形及内力变化规律；

不同嵌岩深度的桩基承载力特性是基于地层-桩基精细化三维有限元数值模型计算得到，模型中有考虑桩基-地层的接触特性，当两个接触面在相互滑动之前，两者的截面会产生达到某一大小的剪应力，这种状态为粘合状态，其中剪应力的计算为公式(4)；

τ＝μp+cohe (4)

式中，μ为接触面的静摩擦系数，p为接触压力，cohe为滑动面上的粘聚力；当接触面上的剪应力超过τ，则接触面处产生滑动；

由于桩基施加荷载过程中接触面产生滑动，接触界面处的摩擦系数变化，利用公式(5)计算的过程中，考虑其摩擦系数按指数递减；

μ＝μ_ult[(1+(k-1)exp(-k₁V_ret))] (5)

式中,μ_ult为动摩擦系数，k为静摩擦系数与动摩擦系数比，k₁为指数递减因子，V_ret为计算所得的相对滑动速度；

最优的嵌岩深度，是根据持力层特征值，确定桩基的最大承载力；当嵌岩深度由D₁增大为D₂时，对桩顶逐级加载至最大荷载即P₁,P₂…P_n-1,P_n，若每级荷载对应的桩基变形轴力侧摩阻力继续从D₂增大到D₃，同样的加载过程和荷载值，得到每级荷载对应的桩基变形轴力侧摩阻力可确定D₂为最优嵌岩深度。

2.根据权利要求1所述的高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：步骤1)所述埋深地层的物理力学参数包括弹性模量、泊松比、内摩擦力以及粘聚力；所述强度特征值包括抗压强度R_c′和抗剪强度τ_c′，通过强度试验得到。

3.根据权利要求1所述的高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：步骤3)所述旋挖钻进工作参数数据库及地层辨识模型，所述旋挖钻进工作参数数据库是基于旋挖桩机施工过程中监测得到的钻进工作参数，研究工作参数随时间以及钻进深度的变化趋势，所述地层辨识模型是基于旋挖桩机的做工原理建立多因子表征的模型；

所述旋挖钻进工作参数数据库及地层辨识模型包括以下步骤：

(I)分析旋挖钻进工作参数的实时变化过程，所述工作参数包括给进力、转速、转矩以及钻进速度，建立钻进过程中的工作参数数据库及地层辨识模型；

(II)获得所述参数的历程曲线，分析不同参数与钻速、钻进深度的变化关系；

(III)基于机械做工原理，建立基于所述工作参数的比功模型，参见公式(1)，计算不同地层的比功数值；

式中，e为比功，单位为MPa；F为给进力，单位为N；A为钻孔面积，单位为mm²；n为转速，单位为r/min；ω为转矩，单位为N·m；v_p为钻进率，单位为m/min；

(IV)根据统计学原理确定不同地层的比功值范围，以此确定某时刻旋挖机所在的地层类型。