[发明专利]基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法

权利要求书

1.一种基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：推导生成SCPTu探头和静压桩贯入软土时的柱孔极限扩孔压力、球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式；

步骤S2：模拟所述静压桩、所述探头与土层接触面的剪切破坏过程，进行室内环剪试验生成室内接触面环剪试验结论；

步骤S3：根据所述室内接触面环剪试验结论以及所述柱孔极限扩孔压力、所述球孔极限扩孔压力、所述超静孔隙水压力的表达式建立基于SCPTu探头的测试值的单桩桩侧承载力时效性的表达式；

步骤S4：根据所述单桩桩侧承载力时效性的表达式预测静压桩在饱和软土中沉桩结束后桩侧承载力随时间的变化。

2.根据权利要求1所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为，假定所述SCPTu探头和底端静压桩的贯入过程不排水且软土的塑性区发生变形和应变软化，采用柱孔扩张理论来模拟所述探头的锥身和所述静压桩的桩身贯入过程中应力场，采用球孔扩张理论分析所述探头的锥尖和所述静压桩的桩端的挤土受力，推导出所述柱孔极限扩孔压力和所述球孔极限扩孔压力以及柱孔扩张引起的超静孔隙水压力的表达式。

3.根据权利要求1所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为，模拟静压桩和所述探头与土层接触面的剪切破坏过程，进行室内环剪试验，确定混凝土与软土和钢材与软土接触面摩擦角的变化规律，进而生成所述室内接触面环剪试验结论。

4.根据权利要求1所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，采用SCPTu探头测得的锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力和剪切波速四个独立参数来描述每一所述静压桩的极限承载力。

5.根据权利要求2所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括如下步骤：

步骤S301：基于太沙基一维固结方程，引入所述超静孔隙水压力分布作为初始条件，以SCPTu探头的孔压消散试验计算出的固结系数为已知参数，推导出静压桩沉桩结束后桩周土的固结解；

步骤S302：根据所述室内接触面环剪试验结论以及所述柱孔极限扩孔压力、所述球孔极限扩孔压力建立基于SCPTu探头的测试值的静压桩的极限承载力的表达式；

步骤S303：基于有效应力原理以所述静压桩的极限承载力的表达式为初始值，以桩周土的固结解计算出承载力变化值，推导出以SCPTu测试值计算软土中静压桩承载力时效性的表达式。

6.根据权利要求1所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法，其特征在于，所述超静孔隙水压力分布的表达式Δu为：

式中：r_p为塑性区半径，r_i为柱孔半径；其中，

I_r为刚度指数，I_r由波速孔压静力触探试验测得的剪切波速v_s计算得到：γ为土的重度，g为重力加速度；

β为软化系数，β＝0表示土体无扰动，β＝1时土体柱孔壁处结构完全破坏，0＜β＜1时；c_u为不排水抗剪强度；A_f为斯凯普顿应力参数。

7.根据权利要求5所述的基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法，其特征在于，所述静压桩的极限承载力Q的表达式：

式中：Q为静压桩的极限承载力，Q_s为静压桩的桩侧极限承载力，Q_b为静压桩的桩端极限承载力，f_s为探头的锥身单位侧摩阻力，q_c为探头的锥尖单位阻力τ_s为静压桩的桩身单位侧摩阻力，q_b为静压桩的桩端单位阻力，l为静压桩的埋置深度，d为静压桩的桩径，δ₁为探头的锥壁与软土之间摩擦角，δ₂为静压桩的桩壁与软土之间摩擦角，k₁、k₂为假设常量，F₁为基于球孔扩张理论推出的探头的锥尖函数，F₂为基于球孔扩张理论推出的静压桩的桩端函数。