[发明专利]一种季节冻土区单桩水平承载性状数值分析方法

摘要

本发明公开了一种季节冻土区单桩水平承载性状数值分析方法，通过有限元数值模拟研究了季节冻土区冻土层对黄土地基水平受荷桩承载力的影响规律。研究得出单桩水平承载力受冻土层厚度和桩径影响显著，随冻土层厚度的增大而增大，但增加的幅度减小；随桩径的增大而近似线性地增加，且冻土层厚度越大，随桩径增大的幅度越大。提出了基于变形控制的不同冻土层厚度、不同桩径水平受荷桩承载力特征值修正系数。进一步基于计算结果对修正系数进行拟合，得到了季节冻土区黄土地基水平受荷桩承载力特征值修正系数表达式，可供冬季检测单桩水平承载力参考。

主权项

一种季节冻土区单桩水平承载性状数值分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：数值计算模型的建立取桩身为弹性体，土为理想弹塑性体，采用摩尔‑库仑强度准则，模型为三维实体模型，为保证精度，桩侧土体直径取为桩径的20倍，桩底土体厚度为桩径的10倍，桩长25m，桩身混凝土强度等级取C30，配筋率取0.72％，桩身几何参数根据所研究问题分别选取，桩土界面采用硬接触，摩擦系数μ＝0.25，桩体、土体采用C3D8R实体单元，钢筋采用T3D2杆单元，然后将钢筋嵌入到桩体中，模型底部完全固定端约束，且约束外侧径向的位移；计算区网格划分采用疏密控制技术，靠近桩上界面处网格最密，距界面越远网格越稀疏；步骤2：季节冻土区桩径对水平受荷桩承载力的影响冻土的抗剪强度与温度、含水量、围压和时间有关，温度越低，含水量越大，冻土的抗剪强度越大，围压越大，冻土抗剪强度也越大，冻土的抗剪强度随时间不断减小，最终趋于长期的抗剪强度，在荷载的长期作用下，粘聚力急剧降低，内摩擦角也随时间的延长而降低，冻土的弹性模量同抗剪强度一样，也是主要跟土性、温度、含水量和外压力有关，温度越低，含水量越大，弹性模量越大，砂土的弹性模量大于粘土的弹性模量，外压力越大，弹性模量越小，在黄土高原地区，土体含水量较低，该地区实际的冻土层力学参数要比饱和黄土冻土的参数低；根据建立的计算模型选择合理的参数计算不同桩径的水平承载力特征值，得到桩径对水平受荷桩承载力的影响规律；步骤3：季节冻土区水平受荷桩承载力的修正季节冻土区冬季冻土层对水平受荷桩产生影响，在冬季检测季节冻土区水平受荷桩会产生误差，并不能反映应用于工程的真实承载力，取修正系数k为无冻土层和有冻土层影响的水平承载力的比值，依据步骤2的计算结果，拟合得到修正系数k的表达式，用k对冬季检测季节冻上区水平受荷桩承载力进行修正。