[发明专利]获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法

说明书

本发明公开了一种获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，属于地基处理技术领域。本发明根据淤泥软土地基的基本参数，建立夯锤与淤泥软土地基有限单元的显示动力学偏微分方程，使用中心差分法求解，获得了与实际接近的夯锤与地基接触面的法向压应力时程；然后建立淤泥软土地基的地基土弹塑性动力学模型，将夯锤与地基接触面的法向压应力时程作为地基的有限差分动力学模型的外力边界条件，使用有限差分法求解地基的有限差分动力学模型，获得强夯过程中不同深度的地基土体的力学性状态指标。

技术领域

本发明涉及一种获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，属于地基处理技术领域。

背景技术

我国沿海地区分布着大量的淤泥软土层，淤泥软土一般属于欠固结的土体，其孔隙率和含水量较大、容易产生较大的压缩变形引起地基不均匀沉降；淤泥软土层的承载力较低，需要进行地基加固处理才能保证地基的承载力和稳定性。近年来，出现了使用强夯法对淤泥软土地基进行加固的新技术。强夯法也叫动力固结法，强夯法的主要原理是：借助夯锤(10～40吨)自由下落产生的强大冲击能(能级500～15000kN·m)和夯击过程中产生的冲击波反复夯压地基土体，将一定深度范围内的软土夯压密实，从而大幅度降低土层的压缩性、提高地基的承载力。

当前，在软土地基强夯施工时一般使用现场试验来确定强夯以后地基土体的土样力学性状指标(包括应力、位移、孔隙水压力等)的变化规律，以评价强夯加固效果；但现场试验方法测试周期长、操作复杂、成本高，而且以便只能获取地表附件土体的性状指标、难于获取一定深度一下的土体性状指标。

淤泥软土地基的强夯加固过程是一个复杂的物理力学过程，主要体现在：(1)夯锤对地基的夯击是一个类似于刚体与弹塑性体的碰撞过程，其历时较短(一般在0.1-0.3m之间)，夯锤与地基土接触面的夯击力是一个由小变大再变小的动态过程，碰撞时间和夯击力时程均不容易准确确定；(2)整个强夯过程是一个复杂的动力过程，冲击波的产生、传递和消散机理均比较复杂；(3)地基土是典型的三相介质，在夯击力的作用下土体中的土颗粒和水之间相互耦合作用，土体发生大变形并产生超孔隙水压力，土体的性状指标的变化规律难于准确确定。由于问题的复杂性，在现有关于软土地基的研究中，还没有能够完全模拟如此复杂的力学过程的计算方法。

发明内容

本发明提供了一种获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，以用于通过本方法构建符合淤泥软土地基强夯加固的模型，并进一步获取不同深度的力学性状态指标信息。

本发明的技术方案是：一种获取淤泥软土地基强夯加固土体的力学性状指标的方法，所述方法步骤如下：

步骤1、拟定淤泥软土地基的基本参数，包括：淤泥软土地基场地地层分布信息，土体物理力学参数，地下水位信息；

步骤2、拟定淤泥软土地基强夯加固方案，包括：地基强夯点位置、夯锤的几何尺寸、夯锤密度、夯锤自重、夯击能；

步骤3、使用显示动力学方法计算夯锤与地基土接触面的法向压应力时程，获得夯锤与地基土接触面的法向压力；

步骤4、建立淤泥软土地基的地基土弹塑性动力学模型；其中夯锤与地基土接触面的法向压力作为淤泥软土地基的地基土弹塑性动力学模型的外力边界条件；

步骤5、使用有限差分法求解淤泥软土地基的地基土的弹塑性动力学模型，获得不同深度地基土的力学性状指标。

所述步骤1中，土体物理力学参数包括密度、内摩擦角、凝聚力、弹性模量、泊松比、渗透系数。

所述步骤3具体为：

①根据夯锤的几何尺寸建立夯锤的实体模型，根据地层分布信息同时建立地基土的实体模型；

②建立夯锤的弹性有限元模型：根据夯锤的实体模型，划分夯锤的有限单元，并将夯锤的有限单元假设为刚体，设置夯锤有限单元的密度；