簡化擠密樁復(fù)合地基計算模型的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及簡化擠密粧復(fù)合地基的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 擠密粧復(fù)合地基由于取材容易，處理效果好，適用范圍廣，在各類土木工程地基處 理中得到了廣泛的應(yīng)用。由于實際復(fù)合地基工程中整個粧土處理區(qū)布置了大量分散的擠密 粧，再加之單個粧體相對于復(fù)合地基來說形狀細長，如果按實際粧布置進行分離式建模，雖 然能滿足工程實際需要，但是由于設(shè)置大量的接觸及細長粧體的不規(guī)則單元劃分等使得計 算模型收斂性和計算效率都很棘手，對設(shè)備的計算能力提出了更高的要求，不利于工程人 員研究工程問題，因此有必要提出簡易合理的復(fù)合地基計算模型。雖然目前關(guān)于擠密粧復(fù) 合地基計算模型的研究方法已經(jīng)進行了大量研究，但仍然存在著如下不足： (1) 為了簡化，大多研究都只選取個別粧進行建模分析，雖然分析簡便，但無法考慮群 粧效應(yīng)，無法體現(xiàn)實際工程真實的受力行為； (2) 若為了反映實際情況選取大量的擠密粧進行分離式建模，不利于工程研究人員掌 握，不利于工程應(yīng)用； (3) 擠密粧復(fù)合地基簡化不合理，則無法進一步全面研究粧土-結(jié)構(gòu)相互作用問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種簡化擠密粧復(fù)合地基計算模型的確定方法。
[0004] 本發(fā)明是簡化擠密粧復(fù)合地基計算模型的確定方法，其步驟為： (1) 由實際工程設(shè)計參數(shù)得到擠密粧的面積和整個粧土處理區(qū)的總面積，計算復(fù)合地 基的實際面積置換率：
式中為面積置換率，0為粧身平均直徑，式為一根粧分擔(dān)的處理地基面積的等效圓 直徑，/7為擠密粧數(shù)，為單根粧的面積，J為粧土處理區(qū)總面積，^為粧間距； (2) 將實際工程中分散的三角形布粧按面積置換率相等的原則進行等效連續(xù)化處理， 提出環(huán)粧和粧間土間隔布置模型； (3) 通過調(diào)整環(huán)粧寬度，中心粧間土圓值徑，環(huán)形粧間土寬度以滿足簡化模型面積置換 率和實際工程面積置換率?相等或相近的要求：
式中：a/--簡化模型面積置換率； Ac一一環(huán)粧總面積； A 粧土處理區(qū)總面積； (4) 在粧土處理區(qū)外圍截取合理的計算區(qū)域，用有限區(qū)域代替無限遠區(qū)域； (5) 環(huán)粧與粧間土、外圍土之間設(shè)置接觸，以便考慮粧土相互作用，截取邊界設(shè)置合理 的約束條件，基于簡化方法運用有限元法建立復(fù)合地基計算模型。
[0005] 本發(fā)明的有益效果是：擠密粧復(fù)合地基計算模型簡化方法，通過其獨特的思路，解 決了以往由于粧體數(shù)量龐大而運用有限元法研究擠密粧復(fù)合地基的難題；解決了分離式建 模而需設(shè)置大量接觸給數(shù)值仿真收斂性控制帶來的問題；解決了實際復(fù)合地基工程中難以 考慮群粧效應(yīng)的粧土相互作用問題；進一步能為采用復(fù)合地基處理工程的土 -結(jié)構(gòu)相互作 用問題研究提供新思路。這種復(fù)合地基計算模型簡化方法，不僅模型的計算效率高、收斂性 容易控制、便于計算，能夠較真實地反映復(fù)合地基的實際受力行為，計算精度能夠滿足工程 需要，且有助于工程應(yīng)用，從整體評價工程的各項力學(xué)特性。
【附圖說明】
[0006] 圖1是擠密粧復(fù)合地基處理示意圖，圖2是擠密粧復(fù)合地基計算模型簡化方法原 理圖。
【具體實施方式】
[0007] 本發(fā)明的復(fù)合地基計算模型研究目標(biāo)通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)，所述復(fù)合地 基計算模型簡化方法的特點包括如下內(nèi)容：如圖1、圖2所示： (1) 由實際工程設(shè)計粧數(shù)和單粧1的面積得到擠密粧的總面積，由設(shè)計參數(shù)得到整個 粧土處理區(qū)2的總面積，由擠密粧總面積和整個粧土處理區(qū)總面積進行比較計算即可得到 復(fù)合地基的面積置換率； (2) 將實際工程中分散的三角形布粧按面積置換率相等的原則進行等效連續(xù)化處理， 通過調(diào)整環(huán)粧3、4和5的寬度，中心粧間土 6的圓直徑，兩個環(huán)形粧間土 7和8的寬度以滿 足面積置換率和實際工程相等或相近的要求，提出了環(huán)粧和粧間土間隔布置計算模型； (3) 在粧土處理區(qū)外圍截取合理的計算邊界9,用有限區(qū)域代替無限區(qū)域； (4) 環(huán)粧與粧間土、外圍土 10之間設(shè)置接觸，以便考慮粧土相互作用，截取邊界設(shè)置合 理的約束條件，基于簡化方法運用有限元法建立復(fù)合地基計算模型。
[0008] 本發(fā)明是簡化擠密粧復(fù)合地基計算模型的確定方法，其步驟為： (1)由實際工程設(shè)計參數(shù)得到擠密粧的面積和整個粧土處理區(qū)的總面積，計算復(fù)合地 基的實際面積置換率：

式中為面積置換率，0為粧身平均直徑，式為一根粧分擔(dān)的處理地基面積的等效圓 直徑，/7為擠密粧數(shù)，為單根粧的面積，J為粧土處理區(qū)總面積，^為粧間距； (2) 將實際工程中分散的三角形布粧按面積置換率相等的原則進行等效連續(xù)化處理， 提出環(huán)粧和粧間土間隔布置模型； (3) 通過調(diào)整環(huán)粧寬度，中心粧間土圓值徑，環(huán)形粧間土寬度以滿足簡化模型面積置換 率和實際工程面積置換率?相等或相近的要求：
式中：·?'--簡化模型面積置換率； Ac一一環(huán)粧總面積； A 粧土處理區(qū)總面積； (4) 在粧土處理區(qū)外圍截取合理的計算區(qū)域，用有限區(qū)域代替無限遠區(qū)域； (5) 環(huán)粧與粧間土、外圍土之間設(shè)置接觸，以便考慮粧土相互作用，截取邊界設(shè)置合理 的約束條件，基于簡化方法運用有限元法建立復(fù)合地基計算模型。
[0009] 實際復(fù)合地基工程中布置了大量的分散粧，形成了復(fù)雜的粧土相互作用問題，按 面積置換率相等的原則將整個粧土處理區(qū)簡化為環(huán)粧和粧間土間隔布置模型后，接觸面和 粧數(shù)大大減小，環(huán)粧形狀規(guī)則，運用有限元法計算時收斂性易于控制，計算效率大大提高， 有助于工程應(yīng)用。合理的復(fù)合地基計算模型簡化，進一步能為采用復(fù)合地基處理工程的 土-結(jié)構(gòu)相互作用問題研究提供新思路，以便從整體評價工程的各項力學(xué)特性。面積置換 率應(yīng)該按實際工程的粧布置和簡化模型分別計算，并控制兩者相等或相近。
[0010] 實施例： (1)某工程擠密粧為正三角形布置，粧徑0. 4m，粧間距I m，整個粧土處理區(qū)直徑為 33. 5m，則實際面積置換率和粧土處理區(qū)總面積為：
要滿足面積置換率相等的條件，即= ??Ζ，在簡化模型中需通過調(diào)整環(huán)粧和粧間土 的尺寸來實現(xiàn)，環(huán)粧寬度0. 65m，中心粧間土圓半徑4. 6m，兩個環(huán)形粧間土寬度5. lm，此時 環(huán)形粧總面積4=130. 73m2,則等效面積置換率W為：
等效面積置換率和工程實際面積置換率接近，能滿足工程的分析精度要求。
[0011] (2)某工程擠密粧為正三角形布置，粧徑0. 45m，粧間距0. 9m，整個粧土處理區(qū)直 徑為35m，則實際面積置換率和粧土處理區(qū)的總面積為：
要滿足面積置換率相等的條件，即i = m，則環(huán)形粧的總面積應(yīng)為：
在簡化模型中需通過調(diào)整環(huán)粧和粧間土的尺寸來實現(xiàn)，環(huán)粧寬度I. lm，中心粧間土圓 半徑4. 0m，兩個環(huán)形粧間土寬度5. lm，此時疋=222. 78m2,該值接近于理論計算值，故經(jīng)過等 效變換后可以滿足工程分析要求。
【主權(quán)項】
1.簡化擠密粧復(fù)合地基計算模型的確定方法，其特征在于：其步驟為： (1) 由實際工程設(shè)計參數(shù)得到擠密粧的面積和整個粧土處理區(qū)的總面積，計算復(fù)合地 基的實際面積置換率：式中為面積置換率，0為粧身平均直徑，式為一根粧分擔(dān)的處理地基面積的等效圓 直徑，/7為擠密粧數(shù)，為單根粧的面積，J為粧土處理區(qū)總面積，^為粧間距； (2) 將實際工程中分散的三角形布粧按面積置換率相等的原則進行等效連續(xù)化處理， 提出環(huán)粧和粧間土間隔布置模型； (3) 通過調(diào)整環(huán)粧寬度，中心粧間土圓值徑，環(huán)形粧間土寬度以滿足簡化模型面積置換 率和實際工程面積置換率?相等或相近的要求：式中：·?'--簡化模型面積置換率； Ac一一環(huán)粧總面積； A 粧土處理區(qū)總面積； (4) 在粧土處理區(qū)外圍截取合理的計算區(qū)域，用有限區(qū)域代替無限遠區(qū)域； (5) 環(huán)粧與粧間土、外圍土之間設(shè)置接觸，以便考慮粧土相互作用，截取邊界設(shè)置合理 的約束條件，基于簡化方法運用有限元法建立復(fù)合地基計算模型。
【專利摘要】簡化擠密樁復(fù)合地基計算模型的確定方法，其步驟為：（1）由設(shè)計樁數(shù)和單樁1的面積得到擠密樁的總面積，由設(shè)計參數(shù)得到整個樁土處理區(qū)的總面積，由擠密樁總面積和整個樁土處理區(qū)總面積進行比較計算即可得到復(fù)合地基的面積置換率；（2）將分散的三角形布樁按面積置換率相等的原則進行等效連續(xù)化處理，通過調(diào)整環(huán)樁的寬度，中心樁間土的圓直徑，兩個環(huán)形樁間土的寬度以滿足面積置換率和實際工程相等或相近的要求，提出了環(huán)樁和樁間土間隔布置計算模型；（3）在樁土處理區(qū)外圍截取合理的計算邊界，用有限區(qū)域代替無限區(qū)域；（4）環(huán)樁與樁間土、外圍土之間設(shè)置接觸，截取邊界設(shè)置合理的約束條件，建立復(fù)合地基計算模型。
【IPC分類】E02D33/00
【公開號】CN105155600
【申請?zhí)枴緾N201510656828
【發(fā)明人】程選生, 景偉, 殷超, 石愛豪, 李文惠, 任峰, 張小燕, 鞏利軍, 陳佳, 李國亮, 馬亮, 李德
【申請人】蘭州理工大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月13日