【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程数值计算，具体涉及一种地层扰动应力计算方法和系统。
技术介绍
1、深层搅拌桩常用于加固深厚软土地基，其特点是地基加固速度快、桩体均匀性好、施工方便，广泛运用于国内外重大工程的地基加固，如深中通道，港珠澳大桥等项目。
2、四根搅拌杆分别位于边长为1m的正方形的四个角点，搅拌叶片的半径为0.65m，形成的单根搅拌桩直径为截面积有4.628m2。搅拌桩施工过程中，电动机带动搅拌杆转动，使得搅拌叶片切割土体，同时，搅拌杆上的设置有喷浆口，在搅拌过程中喷出水泥浆，形成水泥土。搅拌桩施工会改变土体内部应力场，如果搅拌桩施工周边有待保护结构物，则必须设置安全距离以保障临近结构物的安全。
3、明确搅拌桩施工过程中搅拌桩应力扰动范围对搅拌桩施工安全控制至关重要，而由于搅拌桩截面形状复杂(如附图2)，目前行业内还没有简单实用的拌桩应力扰动计算方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种精确的四轴搅拌桩施工导致的地层扰动应力计算方法和系统。
2、本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：
3、本专利技术第一方面提供一种地层扰动应力计算方法，所述方法包括：
4、s1：确定搅拌桩的边界映射函数；
5、s2：基于所述边界映射函数确定搅拌桩的边界条件；
6、s3：基于所述边界条件确定应力分布，所述应力为搅拌桩施工导致地层扰动产生；
7、所述搅拌桩的边界映射
8、
9、其中，z＝x+iy表示复平面z上的内边界方程，ζ＝δ+iξ表示复平面ζ上单位圆的边界方程，i为虚数。
10、优选地，所述搅拌桩的边界条件包括搅拌桩桩土界面上的水平法向应力和搅拌桩无穷远处的水平法向应力；所述搅拌桩桩土界面上的水平法向应力为q1＝γ1z，其中γ1为水泥土的重度，z为搅拌桩截面至地表的深度；所述搅拌桩无穷远处的水平法向应力为q2＝k0γ2z，其中，k0为静止土压力系数，γ2为土体的重度。
11、优选地，所述应力分布包括边界条件函数和应力函数；所述边界条件函数f0的计算公式为：
12、
13、其中，fx和fy分别为搅拌桩边界上面力沿x轴和y轴的分量；b＝(σ1+σ2)/4，σ1、σ2分别为无限远处两个主应力；b-ic是b+ic的共轭，b+ic＝(σ1-σ2)e-2iα/4，α为主应力与x轴旋转角；q＝q1+q2；
14、所述应力函数和应力函数ψ1(ζ)的计算公式为：
15、
16、其中，
17、
18、求解公式(1)，得到：
19、
20、优选地，步骤3还包括：基于应力函数和应力函数ψ1(ζ)计算应力分布σx、σy、τxy，所述应力分布σx、σy、τxy的计算过程为:
21、搅拌桩施工导致地层扰动应力分布σx、σy、τxy满足式(9)和式(10)：
22、
23、区域内任意一点处两个方向上的正应力之和为导数的实部的4倍，由于σx和σy是实数，通过式(10)得到式(11)：
24、
25、联立式(9)和式(11)得到：
26、
27、剪应力通过式(10)等式右边的虚部得到：
28、
29、本专利技术第二方面提供一种地层扰动应力计算系统，所述系统包括：
30、边界映射函数确定模块，用于确定搅拌桩的边界映射函数；
31、边界条件确定模块，用于基于所述边界映射函数确定搅拌桩的边界条件；
32、应力分布确定模块，用于基于所述边界条件确定应力分布，所述应力为搅拌桩施工导致地层扰动产生；
33、所述搅拌桩的边界映射函数为：
34、
35、其中，z＝x+iy表示复平面z上的内边界方程，ζ＝δ+iξ表示复平面ζ上单位圆的边界方程，i为虚数。
36、优选地，所述搅拌桩的边界条件包括搅拌桩桩土界面上的水平法向应力和搅拌桩无穷远处的水平法向应力；所述搅拌桩桩土界面上的水平法向应力为q1＝γ1z，其中γ1为水泥土的重度，z为搅拌桩截面至地表的深度；所述搅拌桩无穷远处的水平法向应力为q2＝k0γ2z，其中，k0为静止土压力系数，γ2为土体的重度。
37、优选地，所述应力分布包括边界条件函数和应力函数；
38、所述边界条件函数f0的计算公式为：
39、
40、其中，fx和fy分别为搅拌桩边界上面力沿x轴和y轴的分量；b＝(σ1+σ2)/4，σ1、σ2分别为无限远处两个主应力；b-ic是b+ic的共轭，b+ic＝(σ1-σ2)e-2iα/4，α为主应力与x轴旋转角；q＝q1+q2。
41、所述应力函数和应力函数ψ1(ζ)的计算公式为：
42、
43、其中，
44、
45、求解公式(1)，得到：
46、
47、优选地，应力分布确定模块，还用于基于应力函数和应力函数ψ1(ζ)计算应力分布σx、σy、τxy，所述应力分布σx、σy、τxy的计算过程为:
48、搅拌桩施工导致地层扰动应力分布σx、σy、τxy满足式(9)和式(10)：
49、
50、区域内任意一点处两个方向上的正应力之和为导数的实部的4倍，由于σx和σy是实数，通过式(10)得到式(11)：
51、
52、联立式(9)和式(11)得到：
53、
54、剪应力τxy通过式(10)等式右边的虚部得到：
55、
56、本专利技术相对于现有技术具有如下优点：
57、本专利技术通过确定映射函数将复杂形状映射成复空间内的一个圆，实现将实数域的圆孔扩张理论推广至复数域内，从而可以有效建立四轴搅拌施工过程导致的地层扰动应力，能够快速准确计算水泥土硬化前的地层内部附加应力分布，从而为搅拌桩施工时的周边环境安全控制提供理论支撑。
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1.一种地层扰动应力计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的地层扰动应力计算方法，其特征在于，所述搅拌桩的边界条件包括搅拌桩桩土界面上的水平法向应力和搅拌桩无穷远处的水平法向应力；所述搅拌桩桩土界面上的水平法向应力为q1＝γ1z，其中γ1为水泥土的重度，z为搅拌桩截面至地表的深度；所述搅拌桩无穷远处的水平法向应力为q2＝k0γ2z，其中，k0为静止土压力系数，γ2为土体的重度。
3.根据权利要求2所述的地层扰动应力计算方法，其特征在于，所述应力分布包括边界条件函数和应力函数；
4.根据权利要求3所述的地层扰动应力计算方法，其特征在于，步骤3还包括：基于应力函数和应力函数ψ1(ζ)计算应力分布σx、σy、τxy，所述应力分布σx、σy、τxy的计算过程为:
5.一种地层扰动应力计算系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的地层扰动应力计算系统，其特征在于，所述搅拌桩的边界条件包括搅拌桩桩土界面上的水平法向应力和搅拌桩无穷远处的水平法向应力；所述搅拌桩桩土界面上的水平法向应力为q1＝γ1z，其中γ1为水
7.根据权利要求6所述的地层扰动应力计算系统，其特征在于，所述应力分布包括边界条件函数和应力函数；
8.根据权利要求7所述的地层扰动应力计算系统，其特征在于，应力分布确定模块，还用于基于应力函数和应力函数ψ1(ζ)计算应力分布σx、σy、τxy，所述应力分布σx、σy、τxy的计算过程为:
...【技术特征摘要】
1.一种地层扰动应力计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的地层扰动应力计算方法，其特征在于，所述搅拌桩的边界条件包括搅拌桩桩土界面上的水平法向应力和搅拌桩无穷远处的水平法向应力；所述搅拌桩桩土界面上的水平法向应力为q1＝γ1z，其中γ1为水泥土的重度，z为搅拌桩截面至地表的深度；所述搅拌桩无穷远处的水平法向应力为q2＝k0γ2z，其中，k0为静止土压力系数，γ2为土体的重度。
3.根据权利要求2所述的地层扰动应力计算方法，其特征在于，所述应力分布包括边界条件函数和应力函数；
4.根据权利要求3所述的地层扰动应力计算方法，其特征在于，步骤3还包括：基于应力函数和应力函数ψ1(ζ)计算应力分布σx、σy、τxy，所述应力分布σx、σy、τxy的计算过程为:
【专利技术属性】
技术研发人员：毛凤山，汤力，陈平山，刘志军，王德咏，胡君龙，谢尧，
申请(专利权)人：中交第四航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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