[发明专利]单桩基础承载能力计算方法、系统、存储介质及设备

说明书

本发明涉及单桩基础承载能力计算方法、系统、存储介质及设备，包括，通过实验获取地基材料的摩尔库伦峰值强度指标和摩尔‑库伦残余强度指标，根据获取的试验参数，建立基于MC准则的强度折减模型；基于有限元方法，使用ABAQUS提供的USDFLD用户子程序编写强度折减模型，能够自动实现材料在受压破坏后发生的强度折减；并根据基于MC准则的强度折减模型确定海上风机嵌岩桩的P‑Y曲线，实现对于嵌岩单桩基础承载能力的确定。该方法简单易行，易收敛，计算效率高。

技术领域

本发明涉及基础工程技术领域，具体为单桩基础承载能力计算方法、系统、存储介质及设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前国内外针对土质海床中大直径单桩基础的安全设计和分析已有较丰富研究，而对岩基海床上大直径单桩基础的研究相对较少，其基础工程特性、承载机理、长期服役性能评价等方面都有待深入和系统的研究。

我国部分沿海海域岩土材料风化程度差异分布较明显，在高应力状态下岩土材料普遍存在应变软化特性，而工程实践中常用的摩尔库伦准则模型则无法考虑岩石脆性破坏过程中的强度参数变化(即强度折减)，在现有的研究中通过数值方法得到的p-y曲线形式，往往不考虑岩石的应变软化特性，不能真实反映实际地质条件下的基础水平承载特性。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种简单易用的、考虑地基材料强度折减的方法，基于此强度折减模型探究桩基的p-y曲线可为海上风电嵌岩单桩桩基础设计和分析计算提供重要参考。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供单桩基础承载能力计算方法，包括以下步骤：

S1：通过实验获取地基材料的摩尔库伦峰值强度指标和摩尔-库伦残余强度指标，根据获取的试验参数，以编写USDFLD子程序的方式建立基于MC准则的强度折减模型；

S2：建立基础和地基有限元模型，将岩土体的强度指标与场变量进行关联；

S3：在步骤S2的有限元模型中嵌入步骤S1中的强度折减模型进行有限元计算；

S4：基于步骤S1中的强度折减模型，建立p-y曲线有限元模型，将岩土体的强度指标与场变量进行关联；

S5：获取地基水平抗力P；

S6：联合地基水平抗力P与水平位移Y，参照已知的p-y数据确定p-y曲线的基本函数形式，通过数据处理软件得到不同深度处的嵌岩桩p-y曲线。

S1的具体步骤如下：

通过室内三轴压缩试验，得到岩土试样在不同围压σ₃下的全过程的应力应变曲线，获得峰值应力σ_p和残余应力σ_r；利用MC破坏准则，由不同围压σ₃下的峰值应力σ_p和残余应力σ_r，绘制脆性破坏前后的一系列莫尔圆，计算出峰值强度指标—峰值粘聚力c_p、峰值内摩擦角和残余强度指标—残余粘聚力c_r、残余内摩擦角

基于摩尔库伦强度准则，当岩土材料的应力状态位于屈服面以内时，材料呈现线弹性；当应力状态位于屈服面时，材料呈现纯塑性；材料一旦屈服将不再产生弹性应变，而只产生塑性应变，此时塑性应变的增量就等于应变的增量；在每个增量步开始时，通过ABAQUS自带的实用程序GETVRM来得到单元积分点处的最大主塑性应变；最大主塑性应变等于0，表明材料未屈服；最大主塑性应变大于0，即表明材料开始屈服；选择一个足够小的数a作为阈值；计算中，一旦监测到最大主塑性应变大于a，立即通过场变量把c_p、折减为c_r、