[发明专利]一种膨胀土地基增湿条件下桩基位移和轴力的测量方法

权利要求书

1.一种膨胀土地基增湿条件下桩基位移和轴力的测量方法,其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，测量桩基和增湿前膨胀土体的尺寸和材料参数，其中参数包括：桩体的刚度E_pA_p、桩体截面直径d、桩体的长度L以及桩体所在的膨胀土体的厚度S，将膨胀土体与桩体划分为n层，根据不同土层的变形情况，将膨胀土体中不同土层的垂直位移采用线性函数拟合：Δh_n＝H_nz_n+a_n，其中，Δh_n为第n层土体的垂直位移，H_n为第n层土体的膨胀变形系数，z_n为第n层土体距地面的距离，a_n为第n层土体膨胀变形的常数项；

步骤2，测定增湿前的桩侧土的材料参数，确定不同土层中桩侧传力弹簧刚度，桩侧传力弹簧刚度定义为单位长度的桩体与桩体周围土体发生单位相对位移时产生的桩侧摩阻力，第n层桩侧传力弹簧刚度的计算公式：其中r₀为桩体半径，为桩土界面剪切强度最大值，w_cr为桩土界面剪切强度最大值时对应的桩土产生的相对位移；

步骤3，测定膨胀土体在增湿条件下的材料参数，计算桩土界面剪切强度，即桩体与桩体周围土体发生最大位移下的桩侧摩阻值τ_su，τ_su计算公式为：其中c'_a为有效粘聚力，δ′为有效内摩擦角，υ为泊松比，u_a为孔隙压力、u_w为孔隙水压力，(u_a-u_w)_r为基质吸力，θ为当前土体含水率，θ_r为残余含水率，θ_s为饱和含水率，σ_s为正应力，P_s为土体膨胀压力，E_a为土体压缩模量；

步骤4，对桩基中桩体的受力情况分析，将桩体和膨胀土体划分为n段，根据桩体截面处轴力和桩侧摩阻力相等关系：以及该截面处的位移与轴力的关系：得到桩基的微分控制方程：其中P_zn为桩体某截面轴力，A_p为桩体截面面积，E_p为桩体弹性模量，为桩体某截面位移，τ_sn表示第n层土体对应的桩侧摩阻值大小；对桩基的微分控制方程求解，得出桩位移方程：其中A、B为待定系数；

步骤5，将膨胀土体中不同土层的垂直位移与得出的桩位移方程相结合，求出第n段桩体的位移方程：轴力方程：转化为矩阵形式：其中根据桩体相邻两段之间接触面的位移和轴力相等的特点，即第n段桩体顶部与第n-1段桩体底部受力情况相同，则接触面处的待定常数相同，得出桩体相邻段之间的位移和轴力关系，

步骤6，由于膨胀土体在增湿条件下含水率的增加，导致桩土界面强度会产生“软化”现象，根据步骤2中测得的桩土界面相对位移与剪切强度关系，界面“软化”后的桩土界面剪切强度降低为τ_sp，最终得出桩体的位移和轴力方程：其中τ_sp(n)为桩土界面增湿软化后的桩土界面剪切强度，L为桩体长度，d为桩体截面直径；

步骤7，测量桩端土体的材料参数，对于桩基而言，桩体端部通常作用在稳定的下卧层区域内，桩端处的轴力P_zb通过桩基的沉降位移w_b得出：其中G_sb为桩基下卧层土体的剪切模量，υ_b为桩基下卧层土体的泊松比；根据桩体底部第n段的轴力和位移，进而累计求出第n-1段、第n-2段……第2段、第1段的轴力和位移情况，得出膨胀土地基增湿条件下土体膨胀引起桩基轴力和位移的分布情况。