[发明专利]埋置锚板荷载作用下饱和土层中孔隙水压力的确定方法

说明书

本发明公开了埋置锚板荷载作用下饱和土层中孔隙水压力的确定方法，将埋置弹性锚板对土体的作用视为均匀分布的圆形荷载，包括有效应力和孔隙流体压力分量，给出了锚板荷载作用下刚性地基上有限厚度饱和土层中孔隙水压力的计算公式。考虑土层厚度的影响，同时也能通过退化处理得到已有的半空间解或者全空间解；将锚板荷载考虑为三个土骨架有效应力分量和一个孔隙水压力组合的形式，能适应复杂荷载组合的情况。

技术领域

本发明属于海岸土体工程技术领域，特别是涉及一种埋置锚板荷载作用下饱和土层中孔隙水压力的确定方法。

背景技术

在海岸工程中，锚板是一种重要的基础，通常埋置在充满流体的土体中，为结构提供锚固力。于此同时，锚板也对周围的土体产生作用力，使得土体中产生孔隙水压力，进一步导致土体产生固结变形或者饱和砂土产生液化等问题。因此，在这样的荷载作用下，饱和土体的孔隙水压力的计算具有重要作用，这对于相关工程中锚板结构的设计和施工具有重要意义。

现有技术中，土体通常被认为是流体填充的弹性多孔半空间或全空间介质，这种假设在土层的厚度足够大时是合理的。然而，在实际应用中，更为常见的是有限厚度的饱和土层，其底部被坚硬的基岩所覆盖，这些基岩可被视为刚性基础。在这种物理力学系统中，基岩的刚性边界的存在会导致波动力学中包含共振和截断频率现象等动力学行为。有限层状介质和众所周知的无限半空间介质在几何和边界条件上存在显著差异，在设计和实践过程中，显然需要注意上述因素的影响。而且，上述研究大多是针对个别或简单荷载情况，这显然不方便，甚至限制了对复杂问题的分析。

现有技术将饱和土体当作半无限的半空间或者无限的全空间介质处理，不能考虑当土层的厚度较薄或者土层的底部位于坚硬的岩层上的情况，忽略了土层厚度带来的影响。并且对半空间或全空间现有技术适用的土层厚度尚不清楚。而实际工程中，土层通常位于坚硬的岩石之上，且厚度是有限的。因此在这种情况下，需要改进现有技术，提出适用于有限厚度土层孔隙水压力的计算方法。另一方面，现有技术大多将锚板荷载考虑为单一的荷载形式，比如只考虑竖向荷载，或者水平荷载，荷载的形式也比较简单，适用范围有限，或者说对于复杂荷载组合的情况就难以考虑。比如锚板通常是不透水的混凝土结构，其对于土体的作用，除了土骨架本身的有效应力之外，还有孔隙水压力的作用。而现有技术忽略了土骨架有效应力和孔隙水压力的组合作用，使得此类问题难以全面考虑。换言之，土体厚度以及复杂荷载组合条件下饱和土体中孔隙水压力的计算便不够准确。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种埋置锚板荷载作用下饱和土层中孔隙水压力的确定方法，考虑土层厚度的影响，同时也能通过退化处理得到已有的半空间解或者全空间解；将锚板荷载考虑为三个土骨架有效应力分量和一个孔隙水压力组合的形式，能适应复杂荷载组合的情况。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，埋置锚板荷载作用下饱和土层中孔隙水压力的确定方法，包括：

S1，饱和土层中埋置锚板，将埋置弹性锚板对土体的作用视为均匀分布的圆形荷载，包括有效应力和孔隙流体压力分量，以圆形荷载的圆心为圆心建立圆柱坐标系的模型，饱和土层的厚度为L，荷载埋置深度为s，荷载埋置深度将坐标系分成了上部区域Ⅰ和下部区域Ⅱ，r为径向坐标，θ为环向坐标，z为竖向坐标；用饱和多孔介质理论描述饱和土的动态特性，之后建立饱和土的动力控制方程；

S2，求解动力控制方程，利用势能函数方法分解土骨架和孔隙流体的位移矢量；引入标量势函数，得到四个独立波动方程；

S3，为求解独立波动方程进行Fourier-Hankel积分变换，将独立的标量势沿周向θ进行复指数形式的傅里叶级数展开并带入到独立波动方程中，再进行n阶Hankel积分变换，得到势函数的Fourier级数分量进行n阶Hankel积分变换的变型量，得到变型量的通解；