[发明专利]一种基于工程边界条件的膨胀土计算模型及其应用方法

说明书

本发明涉及岩土勘察设计技术领域，尤其是一种基于工程边界条件的膨胀土计算模型及其应用方法，其特征在于：所述计算模型包括拟建建筑物、膨胀土层和下卧土层三部分，所述膨胀土层位于所述下卧土层上方，所述拟建建筑物设置在所述膨胀土层的上方，所述计算模型以断面为研究对象用于评判所述膨胀土层对拟建建筑物的影响，所述计算模型的建立条件至少包括所述拟建建筑物的尺寸、所述拟建建筑物的载荷、所述膨胀土层的分布宽度和分布深度，所述下卧层的分布宽度和分布深度。本发明的优点是：计算模型通用性强，可适应不同的工况，具有可广泛使用的优势；计算结果精确，计算过程简便；可为拟建建筑物后续的设计、施工提供可靠的指导，具有分析意义。

技术领域

本发明涉及岩土勘察设计技术领域，尤其是一种基于工程边界条件的膨胀土计算模型及其应用方法。

背景技术

近年来国家基础建设步伐稳健，建筑主体结构形式多样，技术标准日益严谨。铁路、水利、工民建等行业的建址选择，逐渐脱离传统的基础制约因素，更多受政府导向、城市功能定位及土地规划限制。一定意义上淡化了工程地质条件对建址选择的影响力度，加大了地基处理、结构设计等基础工程的投入。我国在广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的膨胀土分布。该土具有吸水膨胀、失水收缩、往复变形的性质，其对建筑地基的破坏是不易修复的。为了保证地基土在长时间内特性稳定、结构完整，达到安全使用的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。

作为一种富含亲水性矿物的高塑性黏土，膨胀土常被进行地基处理，以保证其上建筑物的结构安全。工程设计人员往往通过采取原状土样及室内试验的方法，测定其膨胀力学指标，并结合指标范围选取相应的地基处理方式。由于膨胀土在我国分布范围广泛，不同地貌单元区的成土广度、深度差异显著，因此不同区域内膨胀力学指标相同的土体，对建筑的力学影响未必相似。若设计人员单纯依靠室内试验指标选取处理方式，在无法针对典型工点受力特性对症下药的同时，不可避免的造成经济浪费。

鉴于此，各科研院校、建筑企业研究机构等对膨胀土的特性研究从未停止过。目前国内外亦发表或出版了大量论文、专著以及技术规范，已形成了全面和深入的体系。既有研究多从膨胀土的定义、性质、分类、工程地质、矿物组成、土体抗剪强度理论、裂隙发育形态及其对土体强度的影响等方面入手，并结合膨胀土改良效果进行客观论述，研究体系完善，各研究成果环环相扣，对微观膨胀土理论意义重大。

但是就工程应用而言，针对膨胀土改良方式选择依据的研究较为片面。传统设计人员在进行地基处理方式选择过程中，主要参照拟设区域的膨胀土固有力学指标，采用以经验为主、计算为辅、重效果、轻优化的地基处理设计思想。未能针对拟处理土体的空间分布形态，结合建筑物结构力学特性，开展以计算为主、经验为辅、重效果、重优化的节能设计思路，缺乏实际意义。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种基于工程边界条件的膨胀土计算模型及其应用方法，通过建立膨胀土的空间分布组合模型，研究各模型工程边界条件，进而对建筑物受力进行分析。以分析对比成果为准则，指出各组合模型的力学影响要点与地基处理重点。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种基于工程边界条件的膨胀土计算模型，其特征在于：所述计算模型包括拟建建筑物、膨胀土层和下卧土层三部分，所述膨胀土层位于所述下卧土层上方，所述拟建建筑物设置在所述膨胀土层的上方，所述计算模型以断面为研究对象用于评判所述膨胀土层对拟建建筑物的影响，所述计算模型的建立条件至少包括所述拟建建筑物的尺寸、所述拟建建筑物的载荷、所述膨胀土层的分布宽度和分布深度，所述下卧层的分布宽度和分布深度；

利用所述计算模型计算所述拟建建筑物特征点的应力、膨胀土层的膨胀力和膨胀变形量，从而分析所述拟建建筑物特征点应力、应变状态与所述膨胀土层分布特性之间的关系；所述拟建建筑物特征点为拟建建筑物的基地中心位置；

所述拟建建筑物特征点的应力通过公式