[发明专利]粘性土中输电线路板柱基础的设计方法

说明书

本发明涉及一种粘性土中输电线路板柱基础的设计方法，它包括S1：确定当次运算的埋深和底部宽度，计算基础深宽比；S2：计算土体的抗剪强度，并进一步计算得到基础深宽比限值；S3：基于基础深宽比和基础深宽比限值，计算得到中间参数α和β，其中中间参数α取值小于等于1；S4：基于参数β，计算得到破坏因子；S5：基于破坏因子、土体的抗剪强度、底板面积、土体重度、埋深和板柱基础自重，计算得到抗拔承载力；S6：比较抗拔承载力和上拔荷载；并进行有限元分析。本发明所述方法可靠合理，计算结果精确，提高了输电线路板柱基础设计的安全性和经济性。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及的是一种输电线路在粘性土中设计板柱基础的精确计算方法。

背景技术

输电铁塔基础作为输电线路的重要组成部分，其工程造价、施工工期和人力消耗在整个线路工程中占很大比重。板柱基础是最常用的一种线路铁塔基础型式之一，广泛应用于国内外线路工程。

埋深和底板宽度是板柱基础设计中的重要参数，其直接决定了基础的抗拔承载力的大小。目前，我国电力行业标准《架空输电线路基础设计技术规程》DL/T 5219(以下简称为《技术规程》)、美国《IEEE Guide for Transmission Structure Foundation Designand Testing》(IEEE Std 691)和欧盟《Overhead electrical lines exceeding AC 1kV》(EN 50341)等规范中普遍采用“土重法”来计算板柱基础抗拔承载力。“土重法”假定：基础在上拔极限荷载作用时，基础底板上部土体会产生锥形破裂面，锥形的斜面角度取决于土体特性且为定值，板柱基础的抗拔承载力等于基础底板上部一定上拔角度范围内的锥形土体和基础的自重。然而，在粘性土板柱基础抗拔真型试验结果发现：板柱基础深埋时，土体在上拔极限状态下并不存在“土重法”假定的破裂面。因此“土重法”理论并不能完整描述土体在上拔作用时的破坏模式。

目前，不同规范对粘性土土体特性的划分标准不一，基础的上拔角取值为经验性取值，且误差范围较大，未能定量准确反映土体强度特征。另外“土重法”还不考虑回填土抗剪强度和粘聚力，因此计算结果偏差大，浅埋基础偏于保守，深埋基础偏于危险，现行工程实施中只有常采用预留较大安全系数来解决板柱基础在粘性土中的抗拔设计安全问题，从而造成人力和物力消耗过大，工程造价偏高。

通过试验发现，板柱基础上拔作用时，抗拔承载破坏模式与锚板抗拔模型的“破坏因子理论”比较吻合。但是基于锚板抗拔模型的“破坏因子理论”计算公式(以下简称原计算方法)无法直接适用于输电线路基础抗拔设计。原国外学者计算公式有极大局限性：(1)原计算方法基于锚板在饱和粘土的上拔试验数据推导，上述理论是否适用于大尺度的输电线路板柱基础，需要板柱基础真型试验和有限元数据的验证；(2)原计算方法的中间参数没给出计算方法，只能通过图形量取，使用不方便；(3)锚板上拔试验用的土体为饱和粘性土，强度采用不排水抗剪强度C_u，但是在输电线路板柱基础土体为回填土，土体为非饱和粘性土，不存在不排水抗剪强度C_u。目前输电线路工程中通常采用土体的粘聚力c、内摩擦角表征强度。原计算方法并没有给出采用土体的粘聚力c、内摩擦角等参数进行计算，从而得到板柱基础设计所需的抗拔承载力、埋深和底板宽度。

基于上述情况，迫切需要研究提出一种更加合理和可靠的输电铁塔在粘性土中设计板柱基础的精确计算方法。使计算结果与真型试验情况更加吻合，进一步提高输电线路板柱基础设计的安全性和经济性。

发明内容

本发明的目的在于克服了《技术规程》中板柱基础承载力计算方法的不足，基于破坏因子理论，以现场试验、大量有限元分析数据为支撑，提出一种更加合理和可靠的输电铁塔在粘性土中设计板柱基础的精确计算方法。

本发明的目的之一在于提供一种粘性土中输电线路板柱基础的设计方法，包括采集土体的地质参数和计算板柱基础的基本参数，所述设计方法还包括