挤土桩施工侧向挤土位移模型的创建方法技术

本发明专利技术提供了一种挤土桩施工侧向挤土位移模型的创建方法，包括步骤：制作模型试验槽；制备土样；压桩试验，统计各数据并建立侧向挤土位移模型：本发明专利技术建立了可评判压桩挤土破坏程度的理论计算公式，并根据理论公式可以设计地下构筑物隔离防护措施进行防护，减小了地下工程施工等对工程场地周围的环境破坏影响，并可动态优化钢筋和水泥等材料的使用量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及一种挤土粧施工侧向挤土位移模型的创建方法。
技术介绍
随着挤土粧施工工艺的复杂性增加，基粧的直径和长度增大，施工机械的不断升 级换代和施工的人工成本不断提高等问题的出现，通过各施工工艺的系统集成，并最终实 现现代化、无灾害、无事故施工是粧基工程施工的必然发展方向和趋势。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种挤土粧施工侧向挤土位移模型的创建方 法。 本专利技术是这样实现的：一种挤土粧施工侧向挤土位移模型的创建方法，包括以下 步骤： (1)制作模型试验槽：用砖块和水泥砂浆砌成一个容积为800mm X 380 X 1200mm的 矩形试验槽，在试验槽的底部开设两个排水阀，试验槽的一墙面设有一矩形观察窗； (2)放置土体和观测标志:首先在试验槽底部铺设IOcm厚度的细沙层作为隔层，然 后在细砂层上及试验槽的上壁都布置一层土工织布，在观察窗内侧涂抹凡士林;取软粘土 分批倒入试验槽，每次加软粘土高度为4cm后捣实均匀，再铺一层土工织布，且在土工织布 上均匀放置砝码和砖块;将带有直径为3mm的白色半球长大头针作为观察点，每隔3cm压入 软粘土内； 关闭排水阀，在试验槽中注入水，静置48d，进行软粘土的堆载固结过程；然后在 试验槽中再注入水，并静置12d; (3)压粧试验:试验采用180度扇形木粧为模型粧，顶端粧帽高2cm，粧长Im，直径 4 · 5cm，粧尖为半圆形渐缩，粧尖长为8cm; 根据室内土工试验方法，对模型粧进行压粧挤土试验，在侧限条件下对模型粧施 加压力至土样完全排水固结完成后，快速施加水平剪切力直至破坏，测定模型粧周围的土 体径向位移、竖直向位移数据，统计各数据并建立侧向挤土位移模型： 其中： ur为径向位移分量;w为竖直向位移分量;H表示模型粧贯入深度，当模型粧完全贯 入土体后，H表示粧长;Π )表示粧孔初始半径;Uo为模型粧周围的土作用边界点的法向位移； A1、Bi为变分参数;Zo为曲线族参数;α为曲线外法线与z轴夹角。进一步地，所述侧向挤土位移模型中，^PA1 J1的关系如下： 贯入深度丑 // = 34 m // = 25 m II= 17m II= 9m A1 -I 00 -1.00 -1.()() -1.00 B1 -I 06 -1.07 -1.69 -5.00 " 本专利技术的优点在于:本专利技术建立了可评判压粧挤土破坏程度的理论计算公式，并 根据理论公式可以设计地下构筑物隔离防护措施进行防护，减小了地下工程施工等对工 程场地周围的环境破坏影响，并可优化钢筋和水泥等材料的使用量。【附图说明】 下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。 图1是本专利技术中实际沉粧过程的粧土作用物理模型的示意图。图2是本专利技术中沉粧过程粧孔扩张法扩张模型图。图3是本专利技术中沉粧过程的粧土作用力学模型。图4是本专利技术中挤土粧施工侧向挤土位移模型的示意图。图5本专利技术中矩形试验槽的正投影图。 图6是本专利技术中矩形试验槽的立体图。 图7是本专利技术中试验粧和测斜管平面位置关系示意图。 图8是本专利技术中r = 3d处不同贯入度时侧向挤土位移情况示意图。图9是本专利技术中终孔时不同r处侧向挤土位移情况示意图。图10是本专利技术中H=9m时侧向位移值随(r，z)变化情况示意图。图11是本专利技术中H= 17m时侧向位移值随(r，z)变化情况示意图。图12是本专利技术中H=25m时侧向位移值随(r，z)变化情况示意图。图13是本专利技术中H=34m时侧向位移值随(r，z)变化情况示意图。图14a是本专利技术中粧入土深度为9m时围护结构埋深情况示意图。[00311图14b是本专利技术中粧入土深度为17m时围护结构埋深情况示意图。图14c是本专利技术中粧入土深度为25m时围护结构埋深情况示意图。图14d是本专利技术中粧入土深度为34m时围护结构埋深情况示意图。【具体实施方式】 1.计算公式推导地下工程结构与地基土相互作用符合由式（1)所示的变分原理表达式，满足位移 与应力边界条件且使式(1)取极值的位移应力函数为变分问题的解答。式中，A(Eij)为能量密度;Fi为体积力；￡ij为应变张量;P i为应力边界S1I力的取 值;m为位移向量。对于空间轴对称问题，势能密度：γ zr等4个应变 分量。对于空间轴对称问题，位移应变关系表达式为式(2)。 式中，Ur，w分别为径向位移分量及竖直向位移分量，Er，εθ，￡2分别为径向应变、环 向应变和竖向应变，γ zr为剪应变，r为径向计算半径。 边界条件：式中， 可r，为边界位移函数，u为挤土位移场，g(z，r )= 〇为粧土作用边界曲线方程。 1.1变分位移函数针对空间轴对称问题，建立图1和图2所示的粧土作用物理模型，以及图3所示的粧 土作用力学模型。图1和图2中：箭头表示粧侧土体隆起的方向，标识1表示天然地面，标识V 表示隆起的地面，标识2表示粧侧地体隆起的临界深度。图3即粧土作用力学模型用一族虚 曲线覆盖粧土作用影响区域，曲线族由式(4)表示。图3中，H表示粧贯入深度，当粧完全贯入 土体后，H表示粧长;标识8表示地面，标识6表示沉粧过程中粧孔扩张的初始小孔;标识7表 示沉粧过程中扩张后的粧孔。式中，ZO为曲线族参数，ro表示沉粧过程中粧孔扩张的初始小孔半径，H表示粧贯入 深度，当模型粧完全贯入土体后，H表示粧长。当z〇 = H，为孔壁边界曲线方 程。根据图3:当z = 0，r = r〇,当z = H，r = 0;当z〇 = H，且根据空间 轴对称条件：.根据图1、图2与图3模型及式(2)、（3)、（4)可得式(5)。式中，Wo = UoTtcosa为结构挤土竖向位移分量初始项，该项取值满足结构和土体边 界位移条件;urQ = u〇TtSina为结构挤土径向位移分量初始项，该项取值满足结构和土体边 界径向位移条件；Wi = u〇TtMtcosa，Uri = UoTtMtsina，W2 = UoTtMt2Cosa，Ur2 = u〇TtMt2sina，…·分 别为结构挤土竖向位移分量变分项、径向位移分量变分项，取值满足在结构和土体作用边 界上位移为〇的条件丄，Bm为待定系数，Uo为该粧土作用边界点的法向位移，Tt = rQ/(ZQ-H+ r〇) Α?/ζ^α为式⑷所示曲线外法线与z轴夹角。图3所示u(z，r)的方向余弦为： 1.2几何协调方程考虑ur，w中的曲线族参数zo,几何方程式(2)进一步写为式(6)的形式。 1.3确定势能密度 假设粧土作用边界位移为Au，空间轴对称问题的应力分量表达为式(7)。 式中，Vq为泊松比，γ为土容重。 势能密度可写为为z，r，ZQ函数。式中，综上分析，可得结构挤土位移函数式(8)即侧向挤土位移模型： 2.计算结果和测试数据比较根据式（1)~(7)计算可得式(8)的系数和泛函极值如表1与式(9)~式（12)。^为 泛函积分空间区域上限。表1变分参数取值和能量值当贯入深度:H=9m时位移函数： 当贯入深度:H= 17m时位移函数：丨：当贯入深度:H=34m时位移函数： 当贯入深度:H=25m时位移函数： 一种挤土粧施工侧向挤土位移模型的创建方法，对称半模试验的双层对准直接观 测法因其原理简单，对设备的要求不高，易操作，故试验的土体位移观测采用该方法，模型 试验槽如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种挤土桩施工侧向挤土位移模型的创建方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)制作模型试验槽：用砖块和水泥砂浆砌成一个容积为800mm×380×1200mm的矩形试验槽，在试验槽的底部开设两个排水阀，试验槽的一墙面设有一矩形观察窗；(2)放置土体和观测标志：首先在试验槽底部铺设10cm厚度的细沙层作为隔层，然后在细砂层上及试验槽的上壁都布置一层土工织布，在观察窗内侧涂抹凡士林；取软粘土分批倒入试验槽，每次加软粘土高度为4cm后捣实均匀，再铺一层土工织布，且在土工织布上均匀放置砝码和砖块；将带有直径为3mm的白色半球长大头针作为观察点，每隔3cm压入软粘土内；关闭排水阀，在试验槽中注入水，静置48d，进行软粘土的堆载固结过程；然后在试验槽中再注入水，并静置12d；(3)压桩试验：试验采用180度扇形木桩为模型桩，顶端桩帽高2cm，桩长1m，直径4.5cm，桩尖为半圆形渐缩，桩尖长为8cm；根据室内土工试验方法，对模型桩进行压桩挤土试验，在侧限条件下对模型桩施加压力至土样完全排水固结完成后，快速施加水平剪切力直至破坏，测定模型桩周围的土体径向位移、竖直向位移数据，统计各数据并建立侧向挤土位移模型：ur=u0(r0z0-H+r0sinα)[1-A1(1-Hz0)]w=u0(r0zQ-H+r0cosα)[1-B1(1-Hz0)]]]>其中：ur为径向位移分量；w为竖直向位移分量；H表示模型桩贯入深度，当模型桩完全贯入土体后，H表示桩长；r0表示桩孔初始半径；u0为模型桩周围的土作用边界点的法向位移；A1、B1为变分参数；z0为曲线族参数；α为曲线外法线与z轴夹角。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高子坤，蔡伟，
申请(专利权)人：莆田学院，
类型：发明
国别省市：福建;35