[发明专利]基于能量法的柔性桩复合地基沉降计算方法

说明书

本发明公开了一种基于能量法的柔性桩复合地基沉降计算方法，采用修正剑桥模型计算桩间土的压缩量，同时引入柔性桩应力应变特性曲线计算桩体压缩量，考虑桩侧摩阻力与桩土相对位移满足弹塑性关系建立方程进行沉降分析计算。在对模型进行适当简化的基础上，推导出加固区桩身及桩周土能量方程表达式，建立柔性桩复合地基的系统总势能表达式，基于最小势能原理获得桩土的荷载分担比，进而计算得出加固区压缩量。本发明将桩土和土体均假设为弹塑性体，而能量法在分析计算可变形固体的位移、变形和内力具有较好的结果，因而计算结果较其他方法与实测值更为接近。

技术领域

本发明涉及一种柔性桩复合地基沉降的计算方法，具体是一种通过建立桩体及桩间土的能量方程，基于最小势能原理获得桩土的荷载分担值，求解柔性桩复合地基压缩量的计算方法。

背景技术

工程中常用的复合地基沉降计算是将沉降分为加固区压缩量和下卧层压缩量两部分进行计算。采用分层总和法来计算下卧层压缩量，实践表明计算值与实测值较为吻合。对于加固区的计算，不少学者提出不同计算方法以求获得精确结果。目前计算方法对桩土的假设主要分为两类，一类Chai等假设桩为弹性体、土体为理想弹塑性体，将土体分为弹性区与塑性区，另外一类是以李海芳等为代表的将桩土均假设为弹性体，包括《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)在内也是假设为弹性体。如规范(JGJ79-2012)规定：竖向承载搅拌桩复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形s₁与下端未加固土层的压缩变形s₂：

复合土层(加固区)平均压缩s₁采用下列公式计算：

E_sp＝mE_p+(1-m)E_s

式中：P_z——搅拌桩复合土层顶面的附加压力值(kPa)；P_zi——搅拌桩复合土层底面的附加压力值(kPa)；E_sp——搅拌桩复合土层的压缩模量(kPa)；E_p——搅拌桩的压缩模量，可取(100～120)f_cu(kPa)。对桩较短或桩身强度较低者可取低值，反之可取高值；E_s——桩间土的压缩模量(kPa)。

桩端以下未加固土层的压缩变形s₂可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007)的有关规定进行计算。当加固土层为深厚淤泥、淤泥质土，且水泥土桩桩端进入相对较好土层的深度较浅时，s₂宜采用等代实体基础，按单向压缩分层总和法进行计算。

目前对沉降计算的研究存在的主要不足是将桩或土体假设为弹性体，显然与实际情形有出入。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于能量法的柔性桩复合地基沉降计算方法，提高计算精确度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于能量法的柔性桩复合地基沉降计算方法，该方法主要实现过程为：采用修正剑桥模型计算桩间土的压缩量，同时引入柔性桩应力应变特性曲线计算桩体压缩量，推导出加固区桩身及桩周土能量方程表达式，建立柔性桩复合地基的系统总势能表达式，基于最小势能原理获得桩土的荷载分担比，进而计算得出加固区压缩量，加固区压缩量与下卧层压缩量之和即为复合地基沉降。

该方法具体包括以下步骤：

1)设在外荷载作用p下存在n_pro种可能外荷载p_p,k和p_s,k作用，p＝p_p,k+p_s,k；k＝1，2，3，…，n_pro；