【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程，尤其是涉及一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法。
技术介绍
1、“锅盖效应”是在温度梯度的驱动下，深层土体的水以水汽形式从暖区迁移到冷区，在密闭覆盖层下冷区发生凝结，导致浅层土体含水率增加的现象。在岩土工程分析中，水汽迁移引发的含水率增加在实际中大量存在且对地基沉降有着显著的影响，准确的沉降计算是开展工程预测和预警的关键。
2、分层总和算法是研究地基沉降变形特性非常重要且广泛使用的方法，该方法原理简单，且能反映土体较复杂应力条件下的沉降变形特性。然而，在采用分层总和算法计算地基沉降时，以往常常忽略“锅盖效应”引起的非饱和土湿化变形，此外在计算土体变形时采用的本构模型不能合理反映非饱和土的剪胀、软化和湿化等特性，这些限制导致了非饱和地基土的沉降计算结果存在较大偏差，制约了实际工程的预测精度。
3、在“锅盖效应”的影响下，非饱和地基土体中含水量梯度和温度梯度均可引起气态水的迁移和非饱和地基土中含水率增加，从而产生由吸力减小引发的弹塑性变形。常规的地基沉降计算中往往忽略“锅盖效应”引起的湿化变形，因此低估了土体的真实沉降。
4、此外，“锅盖效应”引起的湿化变形需要采用能够准确描述非饱和土应力应变关系的本构模型。然而现有非饱和土模型存在以下问题：
5、（1）当前已有的非饱和土本构模型是在经典的剑桥模型的框架下建立，在描述超固结土应力应变特性时由于弹性区过大往往低估了土的湿化变形量；
6、（2）已有的非饱和土本构模型将应力引起的变形和吸力引起的
7、（3）地基中不同深度土体由于饱和度和超固结度的不同而引起的变形量的差异无法考虑。传统的非饱和土本构模型通常将当前应力状态、吸力和超固结度的影响分开考虑，没有考虑三者之间的相互耦合作用，因此低估了土的总变形量。
8、综上所述，现存的技术手段难以准确且便捷的计算“锅盖效应”影响的地基附加沉降，由此导致地基土的沉降计算结果与实际存在较大偏差。
9、因此，有必要提供一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，基于汽态水迁移偏微分方程确定吸力变化量并基于室内三轴试验确定土性参数，采用以非饱和土uh模型为核心的计算手段，建立“锅盖效应”影响的地基附加沉降实用方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，包括以下步骤：
3、s1：计算“锅盖效应”引发的不同深度土体的含水率增加量和吸力变化量；
4、s2：进行不同吸力下的非饱和土三轴等向压缩和三轴剪切试验，构建不同吸力下的非饱和土模型参数；
5、s3：以非饱和土uh本构模型为核心，通过分层总和算法进行地基沉降计算。
6、优选的，步骤s1中的具体步骤如下：
7、s11：基于非饱和土体的汽态水迁移偏微分方程和差分的形式求出含水率变化量的数值解，汽态水迁移偏微分方程中考虑温度梯队和含水率梯度；
8、s12：根据含水率的变化量反算得到饱和度的变化量，通过土水特征方程得到饱和度的变化前后的吸力值：
9、；
10、式中，表示饱和度的变化量，表示所采用的土水特征曲线方程对吸力变量的导数，表示所采用的土水特征曲线方程对孔隙比变量的导数，表示孔隙比变化量，表示吸力变化量；
11、优选的，在步骤s2中，具体包括以下步骤：
12、s21：按照室内三轴试样对应的初始应力状态，对非饱和土uh本构模型沿等向压缩应变路径和三轴压缩路径开展本构积分计算，得到模型的单元应力应变曲线；
13、s22：以室内等向压缩和三轴剪切试验数据为基准，调整uh本构模型参数，拟合计算得到的单元应力应变曲线与试验数据，得到超固结或正常固结土体在不同吸力下的吸力参数、压缩系数、回弹系数以及三轴临界状态应力比。
14、优选的，步骤s3中，具体包括以下步骤：
15、s31：由步骤s12中计算得到的含水率变化前后的吸力 s和步骤s22中得到的吸力参数 a，代入以下公式得到含水率变化前后的吸力值 p s：
16、；
17、s32：将地基土体划分为若干土层，其中含水率变化大的区域减小划分的土层厚度；针对划分的土层，采用非饱和土uh模型计算基质吸力变化引起的湿化弹塑性变形：
18、；
19、式中， p s1和 p s2为含水率变化前后的吸力值， p i是当前土层的应力状态，、和 m分别为基于三轴试验标定的等向压缩、等向回弹和临界状态应力比参数；
20、s33：根据分层总和算法，将 n层土分别计算得到的变形量相加，通过以下公式得到地基的总沉降量：
21、。
22、因此，本专利技术采用上述一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，具备以下有益效果：
23、（1）本专利技术利用汽态水迁移偏微分方程计算地基土中含水率的增加量，考虑了非饱和湿化引起的弹塑性变形。
24、（2）本专利技术对比传统的非饱和土本构模型计算的单一性，通过能够准确计算非饱和土应力应变关系的非饱和土uh模型，充分考虑了当前应力状态、吸力和超固结度的耦合作用，并依此获得准确的地基沉降值。
25、（3）本专利技术的地基沉降计算公式中仅需要简单的岩土工程基本力学试验即可获得土性参数，故操作难度较小，成本较低，可重复性高。
26、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，其特征在于：步骤S1中的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，其特征在于：在步骤S2中，具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，其特征在于：步骤S3中，具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑“锅盖效应”的地基附加沉降计算的实用方法，其特征在于：步骤s1中的具体步骤如下：
3.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚仰平，武孝天，孙国超，崔文杰，王乃东，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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