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原文传递强夯法加固饱和砂土地基的有效加固深度设计方法

专利名称：	强夯法加固饱和砂土地基的有效加固深度设计方法
摘要：	本发明提供一种强夯法加固饱和砂土地基的有效加固深度设计方法，涉及软土地基加固技术领域。该方法通过计算强夯振动产生的压密壳最大深度z1、压密壳影响深度hy，最后计算得到强夯加固饱和砂土地基有效加固深度Z，为强夯振动产生的压密壳最大深度z1、压密壳影响深度hy和产生压密壳最大深度的夯坑深度hh之和。本发明提供的强夯固饱和砂土地基的有效加固深度设计方法，能够客观地开展强夯饱和砂土地基的工程设计，有针对性地开展强夯工程的试夯和检测工作，提高工程施工效率，降低工程成本。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	中冶沈勘工程技术有限公司
发明人：	董天文;敖然;赵朕;魏可峰;宋雪松;刘伟;董鑫;赵显涛;谢鹏;白天辉;杨俊岭;崔晓亮;岳玉梅
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910644013.5
公开号：	CN110344387A
代理机构：	沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：	梁焱
分类号：	E02D3/046(2006.01);E;E02;E02D;E02D3
申请人地址：	110169 辽宁省沈阳市浑南区白塔三街300号
主权项：	1.一种强夯法加固饱和砂土地基的有效加固深度设计方法，其特征在于：该方法包括强夯振动产生的压密壳最大深度的计算、压密壳影响深度的计算和强夯加固饱和砂土地基有效加固深度的计算；所述强夯振动产生的压密壳最大深度的计算方法具体如下：按下式计算强夯振动产生的压密壳深度，式中，J为饱和砂土地基动力响应特征参数；Cv为饱和砂土地基固结系数；t为地基中强夯作用时间；B为强夯饱和砂土地基地面的加速度振幅；g为重力加速度；z为强夯振动产生的压密壳深度；将饱和砂土地基动力响应特征参数J、饱和砂土地基固结系数Cv、重力加速度g，以及强夯作用时间t、强夯饱和砂土地基的地面加速度振幅峰值B1＝max(B)，代入公式(27)，计算强夯振动产生的压密壳最大深度z1；所述压密壳影响深度的计算方法具体如下：将夯锤施加的冲击荷载通过拟静力荷载施加于夯坑表面，如公式(28)，得到冲击荷载作用于夯坑的拟静力单位荷载；式中，p0为冲击荷载作用于夯坑的拟静力单位荷载，G锤为夯锤重量，A锤底面积为夯锤的投影面积；按照夯锤的平面投影为圆形的荷载特征，通过圆形荷载施加于半空间弹性体的应力解，计算压密壳最大深度位置的动力荷载形成动力附加应力，如公式(29)所示，式中，σz1为p0作用下压密壳最大深度处的附加应力；z1为压密壳最大深度；r0为夯锤底面投影直径；以计算的附加应力σz1为基准应力值，深度为起始数值零，采用半空间弹性体的应力解，求解该应力下，压密壳作用下部地基的附加应力σy，如公式(30)所示，式中，σy为σz1作用下压密壳下深度h处地基的附加应力；h为压密壳下部某一深度；r0为夯锤底面投影直径；计算压密壳深度为起始点的某深度自重应力，如公式(31)所示， σh＝γyhy (31) 式中，σh为压密壳深度为起始数值零的深度为h处的自重应力，γy为hy深度的重度加权值，hy为压密壳影响深度；应用应力比法确定压密壳影响深度，如公式(32)所示， 0.1σy＝σh (32) 式中，σy为σz1作用下压密壳以下地基的附加应力，σh为压密壳深度为起始数值零的深度为h处的自重应力；所述强夯加固饱和砂土地基有效加固深度采用下式计算： Z＝z1+hh+hy (33) 式中，Z为强夯加固饱和砂土地基有效加固深度，z1为强夯振动产生的饱和砂土地基压密壳最大深度，hh为产生压密壳最大深度的夯坑深度，hy为夯击动荷载作用下压密壳作用于下部地基的压密壳影响深度。 2.根据权利要求1所述的强夯法加固饱和砂土地基的有效加固深度设计方法，其特征在于：所述计算强夯振动产生的压密壳深度的具体方法为：假定饱和砂土为各向同性的弹性材料，水的流动符合Darcy定律，压缩系数为常数；按照强夯引起的饱和砂土临界孔压角度出发，考虑强夯为轴对称问题，取过轴线的截面，按照平面问题研究，建立其理论模型；设由强夯波动作用引起的土骨架变形的压缩存在以下关系，式中，ε为土骨架的应变，α为饱和砂土地基的压缩系数；e为砂土地基土骨架的孔隙比，σ'i为饱和砂土的微元体有效应力；dz为微元体z方向单位长度；t为地基中强夯作用时间；根据Darcy定律，单位时间内水通过多孔介质的渗流量与过水断面面积和总水头损失成正比，与渗流路径长度成反比，如下式所示， Q＝kAh1/L＝kAi (2) 式中，Q为过水断面的单位时间流量；k为渗流系数；A为过水断面面积；h1为总水头损失；L为多孔介质渗流路径的长度；i为水力梯度；将公式(2)应用于微元体的流量变化，得公式(3)，表示饱和砂土地基中某一深度的单位面积上、单位时间的单位长度dz的微元体的上下表面的流入和流出流量变化，如果假定饱和砂土地基的微元体土骨架压缩变形与流体的排出量相同，即：则，饱和砂土的微元体有效应力σ′i与饱和砂土地基表面的加速度和孔隙水压力有关，根据有效应力的概念，得到饱和砂土的微元体有效应力，即式中，γ为饱和砂土容重；z为饱和砂土的压密壳深度；B为强夯饱和砂土地基地面的加速度振幅；ω为强夯条件下的饱和砂土地基的圆频率，ω＝2π/T，T为周期；pf为孔隙水压力；将公式(6)代入公式(5)，得对于在深度为z位置的微元体而言，其上下表面的水力梯度表示为将公式(8)代入公式(7)，并令Cv为固结系数，化简得到超孔隙水压力的二阶非齐次偏微分方程，如公式(9)所示，采用分离变量法求解式(9)，强夯作用下饱和砂土地基孔隙水压力函数为公式(18)，式中，c1、c2、c3、β为偏微分方程待求系数；如果地基中强夯作用时间t＝t1，能够使饱和砂土地基出现z深度的液化现象，则z深度处孔隙水压力与上部地基的总应力平衡，即式中，g为重力加速度；当t1→∞， c3＝γzg (20) 当夯锤刚刚接触饱和砂时，即t＝0时，饱和砂的孔隙水压力为场地孔隙水压力原始值，函数为 pf＝c1cosβz+c2sinβz+γzg (21) 此时，在z＝0处，孔隙水压力为零，即 c1＝-c3＝-γzg (22) 在z＝h处，强夯的P波形成压密壳，该处的孔隙水压力与其下部的饱和砂的静水压力平衡，即动水压力为零，则c2的解为：将公式(20)、(22)、(24)代入公式(18)，得到对于饱和砂土的压缩壳的上表面，z＝h，其孔隙水压力为pf＝γhg，则令且sinωt＝1，代入公式(26)，求解得到公式(27)所示的压密壳深度z。
所属类别：	发明专利