[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

说明书

本发明提供一种膨胀土地基增湿条件下桩基位移和轴力的测量方法，包括步骤1，将膨胀土体中不同土层的垂直位移采用线性函数拟合；步骤2，确定不同土层中桩侧传力弹簧刚度；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；步骤4，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；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，得出桩体相邻段之间的位移和轴力关系，步骤6，得出桩体的位移和轴力方程；步骤7，得出桩端处的轴力根据桩体底部第n段的轴力和位移，进而累计各段的轴力和位移情况，得出增湿条件下土体膨胀引起桩基轴力和位移的分布情况。

技术领域

本发明涉及膨胀土地中桩基设计领域，尤其是一种膨胀土地基增湿条件下桩基位移和轴力的测量方法。

背景技术

随着全国大规模的工程建设进程的加快,尤其我国有很大部分工程都处于膨胀土区域，自然降水事件或其他人工活动(如膨胀土中的管道泄漏)对土体产生增湿的情况，该增湿作用下引起膨胀土区域土体发生变形，同时会直接影响工程的安全性和稳定性；因此，在膨胀土区域内设计或建造的岩土基础设施工程存在较大的挑战，该地质条件下的基础工程每年修复、重新设计和改造所产生的费用高达数十亿元。尤其是在降雨入渗条件下，桩基础处于膨胀土地区时，土体膨胀作用会对其产生的严重影响，从而导致地基发生不均匀变形，对上部结构造成破坏。因此，膨胀土中桩基在增湿作用下的安全性评估对于基础设施的建设具有重要的意义。

过去大量科研人员对桩基内力和位移的计算进行了理论的分析工作，但是目前现有的桩基的荷载传递机理分析方法基于饱和土力学的原理，通过计算得出膨胀土地基膨胀引起的桩基位移和内力分布情况，并未考虑到土体增湿条件下基质吸力变化对桩基荷载传递的影响，以及土体由于含水率的增加导致桩体与土界面产生的“软化”现象,因此对于土体中桩基的桩体位移关系、轴向力分布情况并不准确。在实际工程中，膨胀土体在增湿条件下，不同深度的土体产生变形也不同，而过去学者的提出的解析公式，得出的计算结果与实际工程往往存在较大的差距。

因此，有必要研究出一种膨胀土地基增湿条件下桩基位移和轴力的测量方法，从而解决现有技术当中的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种膨胀土地基增湿条件下桩基位移和轴力的测量方法，准确快速确定膨胀土增湿条件下的桩基位移和内力分布情况。

本发明的一种膨胀土地基增湿条件下桩基位移和轴力的测量方法,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；