[发明专利]一种模拟抗滑桩对桥梁墩台作用的简化数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种模拟抗滑桩对桥梁墩台作用的简化数值模拟方法，只需建立局部三维数值模型，降低了数值模型的工作量；运用解耦的方法，将桥梁墩台‑土‑抗滑桩的复杂问题，简化为桥梁墩台‑土、抗滑桩变形两个问题分开处理；将抗滑桩的形变简化为边界处的水平位移场，可以直观获得桥梁墩台和抗滑桩变形的对应关系。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，特别是涉及一种模拟抗滑桩对桥梁墩台作用的简化数值模拟方法。

背景技术

我国西南地区山区地形陡峻，边(滑)坡等不良地质灾害分布广泛，交通线路桥隧比例往往高达80％以上。桥梁墩台为变形敏感结构，通常需要设置抗滑桩对其进行加固。抗滑桩加固设计的目标在于减小桥梁墩台周围土体的剪切变形，将桥梁墩台的变形控制在容许范围内。达到上述目的的关键在于控制抗滑桩的水平变形量。

由于解析方法难以考虑结构与土体之间的相互作用和协调变形问题，学者多借助数值模拟技术开展相关研究。但传统的数值模拟方法需要建立完整的三维地质模型，且单次计算只能获得一组桥梁墩台和抗滑桩水平变形的对应关系。针对桥梁墩台与抗滑桩的相互作用问题，复杂三维地质模型的建立、难以简单确定抗滑桩的变形控制要求等问题，给工程设计人员的实际操作带来诸多不便。同时，常用的有限元强度折减法，会放大整个系统的水平位移场，造成计算结果的失真。因此，亟需发展一种简单、可操作性强的数值模拟方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种模拟抗滑桩对桥梁墩台作用的简化数值模拟方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种模拟抗滑桩对桥梁墩台作用的简化数值模拟方法，包括：

建立局部三维数值模型，局部三维数值模型包括软土滑动层、基岩稳定层和桥梁墩台；

通过施加水平位移场模拟抗滑桩形变引起的土体剪切变形，选择抗滑桩设计位置作为局部三维数值模型的水平位移场施加边界；

根据抗滑桩的变形模式拟合抗滑桩的变形函数；

确定水平位移场的施加速率，利用变形函数在局部三维数值模型边界逐步施加水平位移场；

局部三维数值模型求解过程中，获取施加的边界位移与桥梁墩台水平变形的关系。

采用本发明所述的一种模拟抗滑桩对桥梁墩台作用的简化数值模拟方法，只需建立局部三维数值模型，降低了数值模型的工作量；运用解耦的方法，将桥梁墩台-土-抗滑桩的复杂问题，简化为桥梁墩台-土、抗滑桩变形两个问题分开处理；将抗滑桩的形变简化为边界处的水平位移场，可以直观获得桥梁墩台和抗滑桩变形的对应关系。

优选地，在建立局部三维数值模型前，建立与其对应的局部三维地质模型。

进一步优选地，局部三维地质模型宽度为桥梁墩台宽度5倍以上，桥梁墩台位于局部三维地质模型宽度方向的中轴线上。

优选地，桥梁墩台与抗滑桩之间的净距即为桥梁墩台至施加边界的距离，水平位移场施加于滑动层，稳定层的水平位移为零。

优选地，对于抗滑桩的变形模式，若抗滑桩为刚性桩，对应的变形函数为一次函数，若抗滑桩为弹性桩，对应的变形函数为多项式。

优选地，施加边界处某一时刻的水平位移根据下式求得：

u＝v×N

其中，u为施加边界处的水平位移；v为水平位移场的加载速率；N为时步。

优选地，局部三维数值模型底部设置为固定边界、顶部设置为自由边界；抗滑桩设计位置所在滑动层边界设置为自由边界、抗滑桩设计位置所在稳定层设置为限制法向位移，其余各边界设置为限制法向位移。

优选地，确定桥梁墩台的水平变形允许值[L]。