[发明专利]一种岩土工程物理—数值交互试验方法

权利要求书

1.一种岩土工程物理—数值交互试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，分析研究对象，选取交互界面，交互界面将研究对象分割为第一部分和第二部分，其中所述研究对象为桩承式加筋路堤，其上部为加筋路堤作为第一部分，其下部为采用桩处理的软土地基为第二部分，其中上部加筋路堤厚度较小，力学反应快速，力学机制复杂；下部的桩处理的软土地基，软土固结时间长，且软土和桩的均质性好，几何尺寸规整；其中所述交互界面设定在加筋路堤底部与桩土路基顶部；

步骤二，对第一部分建立物理模型，即对加筋路堤建立物理模型，对第二部分建立数值模型，即对桩处理的软土地基建立数值模型；其中，从交互界面往上，所述加筋路堤依次为加筋体、碎石垫层、石英砂；模拟固定桩和模拟可沉陷桩间土的物理器件包含了物理模型运行组件和各类所需的数据采集传感器，此处布置的为环形荷载传感器，其中用于模拟桩间土沉陷的沉降台平面尺寸为15cm*15cm，行程为15cm，最小单次位移量可达到0.001mm，多个沉降台可根据需要进行各种组合布置，土工加筋体采用了格栅相似材料，刚度相似比满足尺寸相似比要求，位于桩土之上；

为使用预先建立的模型装配部件装配而成的桩土数值模型，模型的四角为桩，中间其余部分为软土，底部为坚硬土层，模型尺寸与实际尺寸相同，部件主要分为桩部件和土部件，并对部件分别给予相关参数，具体为弹性模量、泊松比、密度，各部件之间的接触为线弹性接触，另外需要考虑土中的孔隙水压力，采用的分析步为流体渗透应力耦合分析步，需要，考虑土体的蠕变、膨胀、粘弹性行为；

步骤三，通过物理模型中的数据采集装置采集第一部分中所需的数据，将数据采集装置采集到的数据施加到数值模型中交互界面上的对应点位；

将在物理模型上环形荷载传感器测得的荷载数据按比例尺进行放大后，以面力的形式施加到经过地应力平衡后的初始数值模型桩土顶部的交互界面的相应点位上，作为数值模型的计算荷载条件；

步骤四，通过数值模型对步骤三中采集到的数据进行运算，读取数值模型在交互界面上的模拟计算结果；

数值模型的桩土顶部施加了物理模型测得的荷载数据后，便可进行数值计算，以时间步的形式设置桩土数值模型的受压沉降天数，采用显示计算模拟方法，在循环交互过程中，便可在数值模型桩土交互界面顶部进行面力更新，其中面力数据来源于物理模型发生沉降后产生的新荷载数据，而物理模型的沉降值则来源于数值模型的计算结果，在上一个循环数值模型计算的基础之上进行叠加运算；步骤五，将步骤三中数值模型读取的模拟计算结果平均化处理后，通过物理模型中的运行控制装置将读取的模拟结果施加到物理模型中交互界面上的对应点位；

其中所述运行控制装置为升降台，升降台平面尺寸为15cm*15cm，行程为15cm，最小单次位移量可达到0.001mm，多个沉降台根据需要进行各种组合布置；升降台设置多组驱动控制模块，读取桩土顶部交互界面上的各单元节点的位移量，取对应升降台的数值模型上各节点位移量，取平均值后，按缩尺比例进行缩小，将其作为升降台的沉陷值，通过物理模型运行控制装置施加到物理模型交互界面上对应沉降台位置，控制升降台沉降后，在物理模型交互界面上产生新的荷载值供提取；步骤六，反复执行步骤三、步骤四中、步骤五的数据交互过程，如果数值模型计算达到设定的总运算步或时间步或物理模型被破坏，此时试验终止；

如果数值模型计算未达到设定的总运算步或时间步或物理模型未被破坏，此时则重复步骤三、四、五。

2.根据权利要求1所述的一种岩土工程物理—数值交互试验方法，其特征在于，所述第一部分是指研究对象中力学演变机制时间短，能够快速反应出外部载荷的影响，且模型几何结构不规则，力学机理未知的部分；

所述第二部分是指力学演变机制时间长达一年以上，不适合进行物理模型试验，且模型几何结构为规则的方形体，力学机理明确的部分。

3.根据权利要求1所述的一种岩土工程物理—数值交互试验方法，其特征在于，所述交互界面要介于第一部分和第二部分这两种类型结构之间，且选取直线、规则的弧线或者前述两种线段的组合线将研究对象整体的两种类型结构分割开。