【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动力打桩，特别涉及一种适用于无粘性土中动力打桩的数值模拟方法及系统。
技术介绍
1、动力打桩是一种借助机械动力荷载（如振动或冲击）将预制桩打入地层的施工技术。其原理是利用动力荷载破坏桩周土体结构，降低桩与土体之间的阻力，从而使桩顺利下沉。该技术具有适用范围广、施工效率高、环境污染小等优点，在建筑工程中被广泛采用。以往，动力打桩主要应用于软黏性土层，因为这些土层的阻力相对较小，对机械性能的要求较低。近年来，随着打桩设备升级，该技术在较硬砂土层中的应用得到了快速发展。砂土作为典型的无粘性颗粒材料，其颗粒间粘聚力弱、透水性强且压缩性低，在饱和状态下受到强烈动力荷载时易发生液化，强度急剧下降。然而，针对软黏性土开发的动力打桩理论模型和计算方法应用于无粘性土时表现出显著局限性，例如，无法充分考虑土颗粒重排列对密实度、渗透性的影响，以及难以模拟孔隙水压力积累与消散的过程等。因此，迫切需要一种新方法可用于深入研究和分析无粘性土中动力打桩的桩-土作用机制及各参数的综合影响等。
2、相关技术中，由于求解动力打桩相关问题，用传统的解析法难以构建出精确可解的数学模型来求解无粘性土的应力、应变、孔隙水压力等关键状态变量。于是数值法在求解中被广泛运用，其中有限元法凭借其成熟的计算方法和丰富的软件资源成为最常用的方法，以解决较硬砂土层颗粒间粘聚力弱、透水性强且压缩性低，在饱和状态下受到强烈动力荷载时易发生液化，强度急剧下降的问题。
3、然而，采用有限元法对无粘性土中动力打桩这一过程进行建模与分析时，面临一些亟待解决的难
技术实现思路
1、本专利技术提供一种适用于无粘性土中动力打桩的数值模拟方法及系统，以解决相关技术求解过程中模型复杂、参数众多、求解困难问题，降低模型复杂度和求解难度。
2、本专利技术第一方面实施例提供一种适用于无粘性土中动力打桩的数值模拟方法，其中，方法包括：获取目标研究区域的动力打桩概化模型和无粘性土样；确定所述无粘性土的亚塑性模型参数和桩的线弹性模型参数，并基于所述无粘性土的亚塑性模型参数和桩的线弹性模型参数，利用预先建立的数值模型调用预设的vumat子程序对动力打桩过程中的土体大变形及孔隙水压力的动态变化进行土体行为模拟，得到模拟打桩结果，其中，所述预设的vumat子程序由改进后的cel方法编写得到。
3、进一步地，在一些实施例中，在得到所述模拟打桩结果之后，还包括：获取所述目标研究区域的打桩监测数据；基于所述打桩监测数据，对所述模拟打桩结果进行验证，以根据验证结果对所述数值模型进行准确性分析。
4、进一步地，在一些实施例中，所述获取目标研究区域的动力打桩概化模型，包括：获取所述目标研究区域的场地地层条件、地下水条件和无粘性土的赋存状态，并根据所述场地地层条件、所述地下水条件和所述无粘性土的赋存状态得到地质条件分析结果；基于所述地质条件分析结果，确定桩基设计参数，其中，所述桩基设计参数包括桩型尺寸、材料属性、打桩设备和加载参数；获取所述目标研究区域的打桩监测数据，并根据所述地质条件分析结果、所述桩基设计参数和所述打桩监测数据得到所述动力打桩概化模型。
5、进一步地，在一些实施例中，所述基于所述无粘性土的亚塑性模型参数和桩的线弹性模型参数，利用预设的vumat子程序对动力打桩过程中的土体大变形及孔隙水压力的动态变化进行模拟，得到土体行为模拟结果，包括：基于所述无粘性土的亚塑性模型参数，构建niemunis-herle亚塑性模型，并将所述niemunis-herle亚塑性模型的vumat子程序嵌入到预设的abaqus软件中，得到所述无粘性土的力学行为模拟结果；基于预设的达西定律，改写预设的孔隙流体质量平衡方程，并根据改写后的孔隙流体质量平衡方程的超孔隙流体压力替换预设的热能平衡方程中的温度，且基于替换后的热能平衡方程，通过热-位移耦合分析程序中热传导传递过程模拟孔隙流体在土骨架中的扩散并进行相关应力分析，以结合分析结果确定所述改进后的cel方法，其中，所述预设的达西定律用于描述孔隙流体在土骨架之间的流动，所述预设的热能平衡方程设置于所述热-位移耦合分析程序；根据所述改进后的cel方法确定所述预设的vumat子程序，并基于所述无粘性土的亚塑性模型参数和桩的线弹性模型参数，利用预先建立的数值模型调用预设的vumat子程序对动力打桩过程中的土体大变形及孔隙水压力的动态变化进行土体行为模拟，并结合所述无粘性土的力学行为模拟结果得到所述模拟打桩结果。
6、进一步地，在一些实施例中，在利用所述预先建立的数值模型调用预设的vumat子程序对动力打桩过程中的土体大变形及孔隙水压力的动态变化进行土体行为模拟结果之前，还包括：基于所述动力打桩概化模型，对桩和土体进行三本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于无粘性土中动力打桩的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到所述模拟打桩结果之后，还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标研究区域的动力打桩概化模型，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述无粘性土的亚塑性模型参数和桩的线弹性模型参数，利用预设的VUMAT子程序对动力打桩过程中的土体大变形及孔隙水压力的动态变化进行模拟，得到土体行为模拟结果，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在利用所述预先建立的数值模型调用预设的VUMAT子程序对动力打桩过程中的土体大变形及孔隙水压力的动态变化进行土体行为模拟结果之前，还包括：
6.一种适用于无粘性土中动力打桩的数值模拟系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在得到所述模拟打桩结果之后，所述数据处理模块还用于：
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述获取模块具体用于：
9.根据权利要求6所述的
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在利用所述预先建立的数值模型调用预设的VUMAT子程序对动力打桩过程中的土体大变形及孔隙水压力的动态变化进行土体行为模拟结果之前，所述数据处理模块，还用于：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于无粘性土中动力打桩的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到所述模拟打桩结果之后，还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标研究区域的动力打桩概化模型，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述无粘性土的亚塑性模型参数和桩的线弹性模型参数，利用预设的vumat子程序对动力打桩过程中的土体大变形及孔隙水压力的动态变化进行模拟，得到土体行为模拟结果，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在利用所述预先建立的数值模型调用预设的vumat子程序对动力打桩过程中的土...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭枫，王贵和，吕杰堂，王文沛，程凯，连建发，陈岩，张义祥，
申请(专利权)人：中国地质环境监测院自然资源部地质灾害技术指导中心，
类型：发明
国别省市：
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