[发明专利]一种用于桥梁冲刷仿真的基础-土弹簧刚度更新方法

权利要求书

1.一种用于桥梁冲刷仿真的基础-土弹簧刚度更新方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定换算土体上部基础是否失稳，根据失稳与否确定不同土体的土弹簧刚度的计算方式；

(2)根据最小势能原理及质心旋转轴原理，确定基础倾斜后再次稳定时与土体的三个接触点，进而得出基础稳定平面；

(3)根据稳定平面各点坐标值和基础受力状态，换算出底部土体的等效土弹簧竖向刚度；

所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)分析结果均需满足约束条件：土体上部基础底面形状对称规则、平面坐标系原点设置在基础底面重心、基础倾斜造成的基础底面网格点X,Y轴坐标值变化小于Z轴坐标值变化；

所述步骤(1)具体包括以下步骤：

1.1根据基础底部各个网格点的X,Y轴的坐标值、土体冲刷深度定义数组集合：

A＝{a_1,a_2,a_3,a_4,…a_n|n∈Z}

a_i＝(x,y,z)|x,y,z∈R

其中，A为基础底面网格点集合；a_i为网格点；x为a_i点的X轴坐标值，y为a_i点的Y轴坐标值，z为a_i点对应的冲刷深度，x,y,z量纲统一；

1.2根据力矩平衡原理，通过平衡阈值α判定基础是否失稳：

其中，A1为冲刷部分的基础平面；A2为未冲刷部分的基础平面；S为基础底面总面积；

所述步骤(2)具体包括以下步骤：

2.1根据质心转动原理，确定基础倾斜时首先接触的土体点B3：

A＝A1∪A2

其中A1为冲刷部分基础平面点集合；A2为未冲刷部分基础平面点集合；A为步骤1.1中定义的点集合；

2.2定义冲刷边界线L1：

L1＝A1∩A2

其中，L1为边界点集合，通过穷举法在L1集合中选取任意两点B1(x1,y1,z1),B2(x2,y2,z2)，由于B1，B2为边界线L1上的点，因而Z轴坐标值皆为0，根据三点成面原理，联立B1，B2，B3三点可求得平面方程Fi：

2.3根据最小势能原理，定义平衡平面F1：

其中Fi为基础底面所在平面方程，z为将平面上的点X、Y坐标值代入平面方程Fi求解所得Z坐标值；

Δ＝Ek(F1)-Ek(A)

在计算过程中满足约束条件：Δ值最小时，即基础倾斜时的底面平面方程相对于初始平面求得的势能变化最小时，F1则为所求的基础稳定时的平衡平面；

所述步骤(3)具体包括以下步骤：

3.1根据基础平衡平面方程F1更新基础底部每个网格点a_i的Z轴坐标变化值Δz:

Δz＝F1(a_i)-A(a_i),a_i∈A

3.2换算冲刷土弹簧刚度K：

其中，F为未冲刷时基础平面底部合力，L(a_i)为网格点a_i至过点B1,B2转轴直线的垂直距离。

2.根据权利要求1所述的一种用于桥梁冲刷仿真的基础-土弹簧刚度更新方法，其特征在于，所述步骤2.3中的算法包括平面基本原理、穷举法。

3.根据权利要求1所述的一种用于桥梁冲刷仿真的基础-土弹簧刚度更新方法，其特征在于，所述步骤3.2中的算法包括微分法、积分法。