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原文传递一种反映真实水泥土桩在不同赋存温度历程下的组合指数式抗压强度模型

专利名称：	一种反映真实水泥土桩在不同赋存温度历程下的组合指数式抗压强度模型
摘要：	一种反映真实水泥土桩在不同赋存温度历程下的组合指数式抗压强度模型，其模型表达式为：式中：θ(τe)为水泥抗压强度，MPa；τe为混凝土等效龄期，d；θ1、θ2、m1、m2为待确定参数，A为调整系数。本发明提供的一种反映真实水泥土桩组合指数式抗压强度模型，不仅解决了目前没有充分考虑不同赋存温度作用的水泥土抗压强度模型的问题，而且还解决了室内水泥土试验没有与实际工程情况相结合的问题。该模型不仅充分反映了水泥土抗压强度与养护龄期和赋存温度的关系，还具有模型参数少、预测精度高和适应性强的优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	三峡大学
发明人：	黄耀英;蔡忍;周勇;肖磊;丁宇;王嵛;费大伟;谢同;殷晓慧
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910376236.8
公开号：	CN110067266A
代理机构：	宜昌市三峡专利事务所
代理人：	成钢
分类号：	E02D33/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D33
申请人地址：	443002 湖北省宜昌市西陵区大学路8号
主权项：	1.一种反映真实水泥土桩在不同赋存温度历程下的组合指数式抗压强度模型，其特征在于模型表达式为：式中：θ(τe)为水泥抗压强度，MPa；τe为混凝土等效龄期，d；θ1、θ2、m1、m2为待确定参数，A为调整系数。 2.根据权利要求1所述的一种反映真实水泥土桩在不同赋存温度历程下的组合指数式抗压强度模型，其特征在于反映水泥土桩在不同养护龄期作用下的组合指数式抗压强度模型的方法为：首先，建立组合指数式的抗压强度模型表达式为：式中：θ(τ)为水泥土抗压强度，MPa；τ为水泥土养护龄期，d；θi、mi为待确定参数，Σ为级数求和；对于室内成型水泥土试件一定天数的试验数据，取两项即可满足精度需求，结合式(1)得到考虑不同养护龄期下的水泥土试件组合指数式抗压强度模型，其表达式为：式中：θ(τ)为水泥抗压强度，MPa；τ为混凝土等效龄期，d；θ1、θ2、m1、m2为待确定参数；在式(2)的基础上结合等效龄期理论，得到能够反映水泥土在不同赋存温度历程作用下的组合指数式抗压强度模型，其表达式为：式中：θ(τe)为水泥土抗压强度，MPa；τe为水泥土等效龄期，d；θ1、θ2、m1、m2为待确定参数；通过式(3)计算出相应等效龄期下的水泥土强度值，对比某典型水泥土搅拌桩工程钻孔取芯强度检测值，为修正模型计算值与芯样强度检测值之间的差异，引入一个调整系数A，得到反映水泥土桩在不同养护龄期作用下的组合指数式抗压强度模型的模型表达式为：式中：θ(τe)为水泥抗压强度，MPa；τe为混凝土等效龄期，d；θ1、θ2、m1、m2为待确定参数，A为调整系数。 3.根据权利要求1所述的一种反映真实水泥土桩在不同赋存温度历程下的组合指数式抗压强度模型，其特征在于：对于室内成型水泥土试件90天的试验数据，取两项即可满足精度需求，结合式(1)得到考虑不同养护龄期下的水泥土试件组合指数式抗压强度模型，其表达式为：式中：θ(τ)为水泥抗压强度，MPa；τ为混凝土等效龄期，d；θ1、θ2、m1、m2为待确定参数。 4.根据权利要求2所述的一种反映真实水泥土桩在考虑赋存温度作用下的组合指数式抗压强度模型，其特征在于该模型的建立步骤如下：步骤1：定义等效龄期：为了考虑不同赋存温度历程作用下的等效龄期，定义相同配合比的水泥土在不同的温度历程下达到相同的水化度时参考温度的养护时间；步骤2：建立考虑不同赋存温度历程下的水泥土反应速率表达式：式中：S为水泥土抗压强度，MPa；Su为水泥土在该温度下的极限强度，MPa；k为反应速率，1/d；t0为强度开始发展时间，d；步骤3：计算得到不同赋存温度下的水泥反应速率k：结合室内不同赋存温度历程下的水泥土试件抗压强度值，通过式(5)用最小二乘法回归拟合得到不同赋存温度下水泥土反应速率k；式(5)中未知参数有3个，分别为Su、k、t0，将各待定参数记为X，即X＝[x1,x2,x3]T，并且有约束条件：xi≥0(i＝1,2,3)，取不同温度养护下的各龄期水泥土抗压强度试验值与计算值的残差的最小平方和，作为参数反演优化问题的目标函数，以寻求不同温度养护下的水泥土反应速率k，即式中：θ(τ)为抗压强度计算值，θ′(τ)为抗压强度试验值，F(X)是目标函数，Xi为待确定参数，τ为养护龄期；步骤4：建立ln(k)与1/K的关系图：在步骤3的基础上得出反应速率的自然对数ln(k)与1/K，K代表开尔文绝对温度，的关系图，其斜率的绝对值即为E/R，记为Q，其中E为活化能，J/molK；R为气体常数，取8.314J/molK；步骤5：计算水泥土等效龄期：基于Arrhenius方程计算可得到不同赋存温度历程下的等效龄期，其表达式为：式中：Q＝E/R；R为气体常数，为8.314J/molK；E为活化能，J/mol；T为水泥土实际温度；τ为养护龄期；τe为不同温度下的等效龄期；步骤6：采用组合指数式抗压强度模型对室内成型的水泥土试件抗压强度值进行拟合，建立反映不同赋存温度历程下室内试验水泥土的组合指数式模型，根据上述步骤(1)-(5)建立了基于水化度的考虑温度影响的等效龄期，将等效龄期代入到权利要求1中的式(2)，得到室内试验成型的不同赋存温度历程作用下的水泥土组合指数式抗压强度模型；式中：θ(τe)为水泥抗压强度，MPa；τe为水泥土等效龄期，d；θ1、θ2、m1、m2为待确定参数；采用组合指数式水泥土抗压强度模型计算值对室内水泥土试件抗压强度实测值进行拟合，式(3)中未知参数有4个，分别为θ1、θ2、m1、m2，将各待定参数记为X,即X＝[x1,x2,x3,x4]T，并且有约束条件：xi≥0(i＝1～4)，以水泥土抗压强度试验值和模型计算值的残差平方和最小，作为参数反演优化问题的目标函数，以寻求水泥土的组合指数式抗压强度表达式的4参数，即式中：θ(τe)为抗压强度计算值，θ′(τe)为抗压强度试验值，F(X)是目标函数，xi为待确定参数；基于MATLAB平台，利用复合形法优选抗压强度参数，采用各顶点与好点的目标函数值之差的均方根值小于误差限作为终止迭代条件，利用复合形各顶点函数值大小的关系，判断目标函数值的下降方向，不断替换最坏点，使复合形不断向最优点收缩，直到满足收敛精度为止；步骤7：获取典型水泥土搅拌桩养护期间的环境气温，结合式(7)计算出水泥土桩工程现场真实水泥土搅拌桩养护期间的等效龄期，从而得到水泥土桩从成型到检测期间的等效龄期；步骤8：将已算出的真实水泥土搅拌桩养护期间的等效龄期带入式(3)得到反映真实水泥土搅拌桩的模型计算值，对比典型水泥土搅拌桩钻孔取芯得到的强度检测值，引入调整系数A，修正两种强度之间的差异，得到反映水泥土桩在不同养护龄期作用下的组合指数式抗压强度模型的模型表达式为：步骤9：利用优化算法得到调整系数A。 5.根据权利要求4所述的一种反映真实水泥土桩在考虑赋存温度作用下的组合指数式抗压强度模型，其特征在于步骤6中，采用组合指数式水泥土抗压强度模型对室内水泥土试件抗压强度值进行拟合，求得各待定参数的方法为：步骤6-1：确定变量个数为4个，复合形顶点数目k取5个，精度取值为1e-6；步骤6-2：产生初始复合形，在约束范围xi>0(i＝1～4)中产生k个随机点，构成初始复合形；步骤6-3：对式(3)进行如下处理，得到式(10)：采用组合指数式水泥土抗压强度模型对室内水泥土试件抗压强度进行拟合，式(3)中未知参数有4个，分别为θ1、θ2、m1、m2，将各待定参数记为X，即X＝[x1,x2,x3,x4]T，并且有约束条件：xi>0(i＝1～4)，则有 θ(τe)为混凝土抗压强度，MPa；x1,x2,x3,x4为待求参数；τe为水泥土等效龄期龄期；用抗压强度试验值和计算值的残差平方和最小，作为参数反演优化问题的目标函数，以寻求水泥土的组合指数式抗压强度表达式的4参数，即式中：θ(τe)为水泥土抗压强度计算值，θ′(τe)为水泥土抗压强度试验值，F(X)是目标函数，xi为待确定参数；τe为水泥土等效龄期；步骤6-4：基于MATLAB平台，利用复合形法优选抗压强度参数，采用各顶点与好点的目标函数值之差的均方根值小于误差限作为终止迭代条件，利用复合形各顶点函数值大小的关系，判断目标函数值的下降方向，不断替换最坏点，使复合形不断向最优点收缩，直到满足收敛精度为止。
所属类别：	发明专利