[发明专利]一种竖向受荷桩极限承载力预测方法及系统

说明书

本发明涉及一种竖向受荷桩极限承载力预测方法及系统，首先根据竖向受荷桩荷载位移曲线提取荷载‑位移点列，进而建立刚度变化率‑位移点列，同时对前i个所述刚度变化率‑位移点列进行幂函数拟合，得到拟合曲线，对拟合函数进行积分，得到荷载位移曲线，并通过将所述拟合曲线的临界刚度变化率对应的位移代入到所述荷载位移曲线，确定第i‑1个极限承载力值，最后重复上述步骤，获得多个极限承载力值，求取平均值，得到最终竖向受荷桩极限承载力预测值。该方法基于刚度变化率进行预测，有效解决了曲线完整度带来的制约，能有效预测荷载位移曲线拐点位置的极限承载力，大大提高了预测精度，具有良好的稳定性，简单快捷、可程序化、预测结果更为可靠。

技术领域

本发明涉及桩基工程技术领域，更具体的说是涉及一种竖向受荷桩极限承载力预测方法及系统。

背景技术

桩基因其承载力高、变形小，能够抵抗竖向荷载、水平荷载和振动荷载等不同荷载的形式，在高层建筑、地下建筑、桥梁建筑、输电线路工程、水利工程、海上风电基础及石油钻井平台等工程领域中得到了广泛的应用。竖向受荷桩的极限承载力是其进行稳定设计的关键参数，而荷载位移曲线作为反映竖向承载特性和确定极限承载力的主要依据。一般通过现场静载试验获得的荷载位移曲线最为可靠，由此得到了广泛的青睐和应用。

然而，由于受加载条件、测试技术和试验费用等限制，因此现场试验中试桩一般无法加载到极限承载力及以上，以致获得不完整的荷载位移曲线。实际工程中的试桩一般需要作为工程桩使用，因此也不能加载到极限破坏状态，但同时又需要准确地预测其极限承载力。此外，设计者往往通过不完整的、呈缓变型的荷载位移曲线，根据工程经验保守地确定极限承载力，在一定程度上大幅度增加了工程投资成本和工期。因此，确定不完整荷载位移曲线对应的极限承载力是一个亟待解决的重要课题，具有重要的研究价值和工程意义。

目前，工程上通过对完整荷载位移曲线的拟合分析，确定预测模型的参数取值，由此预测相同及类似工况下未加载到极限破坏状态的试桩极限承载力，且描述桩基荷载位移曲线的数学预测模型主要有双曲线模型、指数模型、幂函数模型、Hansen模型、抛物线模型、GM(1,1)模型、Gompertz模型、Boltzmann模型、Richards模型、Usher模型、Sloboda模型、Weibull模型等。上述预测模型有2～4个待定参数。虽然理论上预测模型中的参数个数越多，能够在一定程度上提高预测精度，但是也为确定较多的待定参数带来了麻烦。双曲线模型、指数模型和幂函数模型因其形式简单、参数个数最少(2个)，且参数物理意义明确，因此在国内外的研究中得到了广泛的应用。虽然双曲线模型、指数模型和幂函数模型对荷载位移曲线有良好的拟合效果，然而它们并不能有效预测不完整荷载位移曲线存在拐点的位置，这也是数学模型法确定极限承载力的最大不足。此外，通过试验获得的预测模型参数一般较为离散，且试验数据有限，难以获得有效的参数变化规律，这给极限承载力预测结果带来较大的困难和偏差。

因此，如何较为准确地预测不完整的、缓变型的荷载位移曲线对应的极限承载力，是目前桩基工程中亟待解决的关键技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明为了克服现有确定不完整荷载位移曲线对应极限承载力的方法存在的不足，提供了一种竖向受荷桩极限承载力预测方法及系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种竖向受荷桩极限承载力预测方法，包括如下步骤：

S1、根据竖向受荷桩荷载位移曲线提取荷载-位移点列，根据所述荷载-位移点列建立刚度变化率-位移点列；

S2、对前i个所述刚度变化率-位移点列进行幂函数拟合，得到拟合曲线；

S3、对所述拟合曲线进行积分，得到荷载位移曲线；

S4、将所述拟合曲线的临界刚度变化率对应的位移代入到所述荷载位移曲线，确定第i-1个极限承载力值；