【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料摩擦特性试验，具体为一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法及系统。
技术介绍
1、随着城市建设的迅速发展，桩基础在基础工程中的应用愈加广泛。作为一种重要的桩基础形式，静钻根植桩因施工噪声低、振动低以及对周围环境影响小等优点，广泛应用于城市建设中。静钻根植桩的承载力主要依赖于桩侧与土体之间的摩擦力，因此，准确获取静钻根植桩与不同土层接触面的摩擦特性对于工程设计和施工具有重要意义。
2、目前，针对静钻根植桩与不同接触面之间摩擦特性的试验方法主要包括实验室试验和现场原位试验。然而，实验室试验往往难以全面考虑土层深度及多种环境因素对摩擦特性的影响，无法精确还原土层的实际状态，导致试验结果存在一定偏差；而现场原位试验不仅难以充分反映土层的空间分布特征，难以精确测定静钻根植桩与不同土层接触面的摩擦特性，而且耗费成本较高。因此，现有试验方法在准确性和可靠性方面尚有不足。
3、为此，提出一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法及系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法及系统，首先根据桩孔土层的空间分布特征划分多个土层单元，获取每个土层单元的物理特性向量；然后制备桩材试件和不同类型的土层试样，在标准预应力、温度和含水率条件下进行环剪试验，得到第一黏聚力和第一摩擦角；接着根据土层单元的物理特性向量计算修正系数，得到第二黏聚力和第二摩擦角，建立有限元网格模型并根据第二黏聚力和第二摩擦角定义桩土接触面
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，包括：
4、根据静钻根植桩的钻探报告获取桩孔土层的空间分布特征，根据所述空间分布特征将桩孔土层划分为个土层单元，得到土层单元集合；
5、对所述土层单元进行现场勘测和试验，得到每个所述土层单元的物理特性向量；
6、制备静钻根植桩的桩材试件，获取所述土层单元集合中不同类型的土层试样，设置标准垂直预应力、标准温度和标准含水率，对所述土层试样和所述桩材试件进行环剪试验，得到静钻根植桩与不同类型土层接触面的第一黏聚力和第一摩擦角；
7、根据所述土层单元的所述物理特性向量计算修正系数，根据所述修正系数、所述第一黏聚力和所述第一摩擦角，计算静钻根植桩与每个土层单元接触面的第二黏聚力和第二摩擦角；所述修正系数包括深度修正系数、温度修正系数和含水率修正系数；
8、根据所述物理特性向量、所述第二黏聚力和所述第二摩擦角，建立有限元网格模型并定义静钻根植桩与每个所述土层单元接触面的力学行为；
9、设置边界条件，通过所述有限元网格模型进行模拟试验，获得静钻根植桩与每个所述土层单元接触面的摩擦特性向量；
10、根据实测数据和所述有限元网格模型的模拟试验结果，采用优化算法调整参数集。
11、优选的，所述第二黏聚力和所述第二摩擦角的计算公式为：
12、；
13、其中，和分别表示第个所述土层单元接触面的所述第二黏聚力和所述第二摩擦角；表示与第个所述土层单元相同类型土层接触面的所述第一黏聚力；表示与第个所述土层单元相同类型土层接触面的所述第一摩擦角；、和分别表示第个所述土层单元的所述深度修正系数、所述温度修正系数和所述含水率修正系数。
14、优选的，根据所述物理特性向量提取所述土层单元的容重、厚度、温度和含水率，计算所述深度修正系数、所述温度修正系数和所述含水率修正系数，计算公式为：
15、；
16、其中，表示从地表到第个所述土层单元之间的土层单元数量；和分别表示个土层单元中第个所述土层单元的容重和厚度；、和分别表示所述标准垂直预应力、所述标准温度和所述标准含水率；、和分别表示应力指数、温度影响系数和含水率影响系数；和分别表示第个土层单元的温度和含水率。
17、优选的，根据所述物理特性向量、所述第二黏聚力和所述第二摩擦角，建立所述有限元网格模型并定义静钻根植桩与每个所述土层单元接触面的力学行为包括：
18、根据所述物理特性向量在有限元分析软件中创建桩体几何模型、土体几何模型和个土层单元接触面模型；
19、将个所述土层单元接触面模型进行组合得到桩土接触面模型，对所述桩体几何模型、所述土体几何模型和所述桩土接触面模型进行网格划分，生成有限元网格模型；
20、根据所述物理特性向量提取所述土层单元的法向接触刚度，定义法向接触行为：
21、；
22、其中，表示第个所述土层单元接触面的法向应力；表示第个所述土层单元的法向接触刚度；表示第个所述土层单元接触面的法向渗透量；表示第个所述土层单元接触面的面积；
23、根据所述物理特性向量提取所述土层单元的切向接触刚度，结合所述第二黏聚力和所述第二摩擦角定义切向接触行为：
24、；
25、其中，表示第个所述土层单元接触面的切向应力；表示第个土层接触面的切向接触刚度；表示第个土层接触面的切向位移；和分别表示第个所述土层单元接触面的所述第二黏聚力和所述第二摩擦角。
26、优选的，根据实测数据和模拟试验结果，采用优化算法调整所述参数集包括：
27、s1.对静钻根植桩进行加载试验，获得实测数据，根据实测数据构建多目标适应度函数；
28、s2.根据所述参数集划分初始种群并构建参数自适应边界；所述参数集包括应力指数、温度影响系数和含水率影响系数；所述参数自适应边界表示为：
29、；
30、其中，表示所述参数集中的参数在第次迭代中的取值；表示初始参数取值；表示初始参数收缩率；表示预设最大迭代次数的系数；
31、s3.根据所述参数自适应边界采用协同进化算法更新每个所述初始种群，计算更新后所述初始种群中个体的多目标适应度函数值，得到新一代种群和帕累托最优解集；将所述新一代种群作为下一次迭代中的所述初始种群；
32、s4.重复迭代步骤s3，当迭代次数大于所述预设最大迭代次数时停止迭代，根据最新的所述帕累托最优解集调整所述参数集。
33、一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验系统，包括：
34、土层划分模块，根据静钻根植桩工程现场的钻探报告获取桩孔土层的空间分布特征；根据所述空间分布特征将桩孔土层划分为个土层单元，得到土层单元集合；
35、数据采集模块，对所述土层单元进行现场勘测和试验，得到每个所述土层单元的物理特性向量；制备静钻根植桩的桩材试件，获取所述土层单元集合中不同类型的土层试样，设置标准垂直预应力、标准温度和标准含水率，对所述土层试样和所述桩材试件进行环剪试验，得到静钻根植桩与不同类型土层接触面的第一黏聚力和第一摩擦角；
36、数据修正模块，根据所述土本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，所述第二黏聚力和所述第二摩擦角的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，根据所述物理特性向量提取所述土层单元的容重、厚度、温度和含水率，计算所述深度修正系数、所述温度修正系数和所述含水率修正系数，计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，根据所述物理特性向量、所述第二黏聚力和所述第二摩擦角，建立所述有限元网格模型并定义静钻根植桩与每个所述土层单元接触面的力学行为包括：
5.根据权利要求1所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，根据实测数据和模拟试验结果，采用优化算法调整所述参数集包括：
6.一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验系统，其特
8.根据权利要求6所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验系统，其特征在于，根据所述物理特性向量提取所述土层单元的容重、厚度、温度和含水率，计算所述深度修正系数、所述温度修正系数和所述含水率修正系数，计算公式为：
9.根据权利要求6所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验系统，其特征在于，根据所述物理特性向量、所述第二黏聚力和所述第二摩擦角，建立所述有限元网格模型并定义静钻根植桩与每个所述土层单元接触面的力学行为包括：
10.根据权利要求6所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验系统，其特征在于，根据实测数据和模拟试验结果，采用优化算法调整所述参数集包括：
...【技术特征摘要】
1.一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，所述第二黏聚力和所述第二摩擦角的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，根据所述物理特性向量提取所述土层单元的容重、厚度、温度和含水率，计算所述深度修正系数、所述温度修正系数和所述含水率修正系数，计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，根据所述物理特性向量、所述第二黏聚力和所述第二摩擦角，建立所述有限元网格模型并定义静钻根植桩与每个所述土层单元接触面的力学行为包括：
5.根据权利要求1所述的一种静钻根植桩与不同接触面摩擦特性的试验方法，其特征在于，根据实测数据和模拟试验结果，采用优化算法调整所述参数集包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：康宝，徐鑫淼，孙晓龙，徐越祥，包华，王倩，郑均丽，
申请(专利权)人：长业建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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