[发明专利]一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统，所述计算方法包括如下步骤：确定基桩和岩土体的物理力学参数；根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力根据所述物理力学参数，计算基桩的嵌岩段总极限阻力根据所述物理力学参数，计算桩身轴向受压破坏极限荷载桩身极限侧摩阻力加上嵌岩段总极限阻力与桩身轴向受压破坏极限荷载之间的较小值作为基桩竖向极限承载力P_u^R。本发明充分考虑了溶洞顶板的张拉破坏区域对承载力的影响，同时亦考虑桩身破坏模式对承载力的影响，提高了穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算的准确性。

技术领域

本发明涉及基桩承载力计算技术领域，特别是涉及一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统。

背景技术

基桩已广泛应用于岩溶地区的工程建设中，溶洞的存在，给基桩的竖向极限承载力带来了显著的影响，如何合理计算岩溶区基桩竖向承载力成为基桩设计的一个关键科学问题。

穿越溶洞型基桩在轴向荷载作用下的受力状态较为复杂，溶洞对穿越其基桩的受力变形规律及潜在失稳模式存在显著的影响，这种影响主要体现以下三个方面：(1)由于溶洞顶板缺乏下部支撑，溶洞顶板的岩土体可能存在受拉状态，当张拉应力超过其抗拉强度时，则岩土体将发生张拉破坏，从而使桩身侧摩阻力的受力面积降低。(2)由于溶洞的存在，上覆岩土的支承作用降低，从而导致岩土层的自重应力场发生显著变化，桩身周围的应力场亦受到影响，桩身侧摩阻力的分布规律与无溶洞时相比存在差异。(3)穿越溶洞段的桩身周围无岩土体的侧向约束或侧向约束较弱，因此，桩身在穿越段的侧摩阻力可忽略，同时，由于桩身的横向约束降低，在竖向荷载作用下，基桩自身稳定性亦降低，从而使竖向极限承载能力受到影响。

当溶洞顶板厚度小于其安全所需的最小厚度时，在竖向荷载作用下，顶板存在失稳破坏的风险，此时，需考虑基桩穿越溶洞顶板并嵌入溶洞底板一定深度，以提高基桩的承载力。目前尚无计算此类穿越溶洞型基桩极限承载力的成熟方法，在具体的工程实践中，通常借鉴嵌岩桩的相关计算方法进行极限承载力设计，即只考虑穿越溶洞型基桩嵌岩段的桩端承载力，忽略溶洞顶板以上岩土体对桩身的侧摩阻力。显然，此种计算方法得到的结果是偏保守的。

发明内容

本发明的目的是提供一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法及系统，以提高穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种穿越溶洞型嵌岩桩竖向极限承载力计算方法，所述计算方法包括如下步骤：

确定基桩和岩土体的物理力学参数；所述物理力学参数包括：基桩半径r、基桩总长度L、溶洞半径R、溶洞高度H、基桩嵌入溶洞底板深度H_r、上覆土层第i层土的厚度l_i、桩周第i层土的极限侧阻力q_ski、桩周第i层土的容重γ_i、桩侧土水平抗力系数的比例系数平均值m、溶洞基岩岩体单轴抗压强度σ_cmass、基桩弹性模量E和基桩单轴抗压强度

根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力

根据所述物理力学参数，计算基桩的嵌岩段总极限阻力

根据所述物理力学参数，计算桩身轴向受压破坏极限荷载

桩身极限侧摩阻力加上嵌岩段总极限阻力与桩身轴向受压破坏极限荷载之间的较小值作为基桩竖向极限承载力

可选的，根据所述物理力学参数，计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力具体包括：

根据所述物理力学参数，利用公式计算拱效应系数Ψ；

根据所述物理力学参数和拱效应系数Ψ，利用公式计算上覆岩土层中的桩身极限侧摩阻力