[发明专利]CFG桩复合地基相似模型试验褥垫层厚度的确定方法

说明书

本发明提供一种CFG桩复合地基相似模型试验褥垫层厚度的确定方法，涉及土木工程技术领域，本发明包括褥垫层几何相似比确定、褥垫层相似材料的物理力学参数计算、相似条件综合判定、褥垫层厚度确定四个部分，用来确定不同地质条件、不同桩基设计参数条件的CFG桩复合地基褥垫层厚度，解决了相似模型试验中CFG桩复合地基褥垫层材料和几何相似性问题，可以保证桩、桩间土的协同工作，有利于客观地揭示桩复合地基承载特性，安全、经济、合理地设计CFG桩复合地基，为安全、经济合理地设计CFG桩复合地基提供条件，从而获得良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种CFG桩复合地基相似模型试验褥垫层厚度的确定方法。

背景技术

采用CFG桩等刚性桩、半刚性桩的复合地基方案，开展地基处理是世界工程界处理软弱地基的重要方法之一。因软弱地基分布广泛、地基承载性能逐渐提高，地基处理工程造价在工程建设成本中的占比较大。

在桩复合地基的地基处理方案中，为提高地基土的承载能力发挥，规范要求桩顶上部与基础底面之间设置一定厚度的砂石材料褥垫层，保证桩、桩间土的协同工作，减小CFG桩复合地基沉降，提高地基承载力，从而获得良好的经济效益和社会效益。

目前，在确定褥垫层厚度方面主要是通过实验室模型试验和工程监测两种手段，经过统计分析和力学分析，给出的建议值，其本质是经验方法。由于岩土材料的非线性和离散性，以及桩土相互作用的差异性，不同地质条件、不同桩基设计参数条件的CFG桩复合地基仍然采用单一褥垫层厚度是不安全的，经济指标也是不合理的。

竖向静载荷CFG桩复合地基的相似模型试验为客观、经济地揭示桩复合地基承载能力提供了必要手段，为开展经济、安全设计CFG桩复合地基工程提供了条件。但是，目前实验室模型试验的褥垫层厚度仅仅考虑了几何相似条件，忽律了褥垫层模量、泊松比等物理性质对复合地基承载特征的影响，不能厘清CFG桩-桩间土的荷载传递规律、褥垫层-桩间土-CFG桩的协同变形等承载机理的核心问题。需要提供一种竖向静载荷CFG桩复合地基相似模型试验褥垫层厚度的确定方法，便于勘察设计部门开展相似模型试验，并结合现场试验数据，提供相应的设计参数。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种CFG桩复合地基相似模型试验褥垫层厚度的确定方法，发明CFG桩复合地基相似模型试验褥垫层厚度的确定方法，包括褥垫层几何相似比确定、褥垫层相似材料的物理力学参数计算、相似条件综合判定、褥垫层厚度确定四个部分，用来确定不同地质条件、不同桩基设计参数条件的CFG桩复合地基褥垫层厚度，为安全、经济合理地设计CFG桩复合地基提供条件。

CFG桩复合地基相似模型试验褥垫层厚度的确定方法，具体步骤如下：

步骤1：褥垫层几何相似比确定：根据CFG桩的几何尺寸参数桩长、桩间距、试验箱体、原型试验褥垫层，以及试验的边界条件、加载方式以及试验时间，计算CFG桩复合地基相似模型试验的几何相似比；

步骤2：褥垫层相似材料的物理力学参数计算：根据相似准则，原型试验与模型试验的两个力学现象相似，则相等的原则，建立CFG桩复合地基褥垫层材料相似准则、相似比例系数公式(1)：

式中，C_p为外荷载的相似系数；C_c为土粘聚力的相似系数；C_γt为CFG桩重度的相似系数；C_l为桩长的相似系数；C_Ez为CFG桩弹性模量的相似系数；C_γz为土重度的相似系数；C_μz为CFG桩泊松比的相似系数；C_μt为土泊松比的相似系数；为土内摩擦角的相似系数；

褥垫层相似材料物理力学参数按照下述公式计算