一種基于強夯處理的液化計算方法
【專利摘要】本發(fā)明提供基于強夯處理的液化計算方法，包括:獲取施工參數(shù)和土體參數(shù)；模擬強夯液化后，分析參數(shù)變化對液化范圍的影響，得出各自的歸一化系數(shù)，利用內(nèi)插法計算出現(xiàn)場各參數(shù)對應(yīng)的液化范圍歸一化系數(shù)；將各液化范圍歸一化系數(shù)代入液化系數(shù)的計算公式中，得出液化系數(shù)，計算土體液化范圍；依據(jù)多個時刻的液化范圍值，分析土體的液化特征，優(yōu)化強夯施工布置。本發(fā)明提供的基于強夯處理的液化計算方法在大量實驗和模擬驗證基礎(chǔ)上，總結(jié)出歸一化系數(shù)表，提出液化計算公式，從而確定了各施工參數(shù)液化特征，以便于提供合理的強夯施工安排，具有簡單、效率高等優(yōu)點，尤其是處理飽和土液化問題時具備極好的準(zhǔn)確性，擁有廣泛的工程運用前景和實用性。
【專利說明】
一種基于強夯處理的液化計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及飽和砂質(zhì)、粉質(zhì)地基中的強夯施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于強夯 處理的液化計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 強夯是傳統(tǒng)而又非常實用的地基加固處理方法，正是強夯的方便實用，從遠(yuǎn)古時 期到現(xiàn)在，強夯一直被廣泛運用于工程實踐中。特別是改革開放以來，我國城市建設(shè)飛速發(fā) 展，各型工程大量地拔地而起，如:堤壩、港口、摩天大樓、民用住宅和工業(yè)廠房等。隨著這些 工程的發(fā)展，對地基處理技術(shù)和施工效率的要求也越來越高，常用的強夯法也在不斷發(fā)展 提升。在地下水位較淺的區(qū)域，地基中孔隙水壓力的存在會導(dǎo)致強夯時出現(xiàn)大面積液化，使 得加固效果減弱。所以需要考慮其液化影響范圍以及液化消散速率，發(fā)展一種考慮液化影 響而且能夠快速計算的強夯施工方法。
[0003] 目前，對強夯處理技術(shù)研究手段主要有:數(shù)值計算，經(jīng)驗公式，理論研究，現(xiàn)場試驗 檢測等。主要研究對象大多集中于，夯擊能及夯擊次數(shù)對土體密實、加固深度、有效應(yīng)力和 孔隙水壓力等的影響。《巖土力學(xué)》2013，v 〇134,第1478頁至第1486頁，作者劉洋，發(fā)表的標(biāo) 題為"吹填土強夯加排水地基處理的數(shù)值分析與應(yīng)用"中研究了強夯中土體密實機制和孔 隙水壓力發(fā)展模式?！堕L江科學(xué)院院報》2005，v 〇122,第48頁至第51頁，作者周小文，發(fā)表的 標(biāo)題為"Kriging法在大區(qū)域場地砂土液化范圍判別中的應(yīng)用研究"中結(jié)合了標(biāo)準(zhǔn)貫入實驗 成果和Kr i ging法，對大區(qū)域場地砂土液化范圍做出判別。在中國專利公告號為 104328776A，發(fā)明專利名稱為"一種預(yù)測動力強夯對土體及周邊環(huán)境影響的方法"介紹了基 于夯錘在強夯過程中貫入位移歷史的施工全過程動力學(xué)模型，采用非線性數(shù)值模擬技術(shù)預(yù) 測動力強夯施工對土體及周邊環(huán)境的影響的方法，目前尚沒有發(fā)現(xiàn)計算液化范圍以分析強 夯處理技術(shù)的研究文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于強夯處理的液化計算方法，以解決如何發(fā)現(xiàn)計算 液化范圍以分析強夯處理的問題。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供一種基于強夯處理的液化計 算方法，包括:獲取施工參數(shù)和土體參數(shù);模擬強夯液化后，分析參數(shù)變化對液化范圍的影 響，取一組參數(shù)和相應(yīng)的液化范圍作基準(zhǔn)值，將其余組參數(shù)和測算的液化范圍分別同基準(zhǔn) 值比較，得出各自的歸一化系數(shù)，利用內(nèi)插法計算出現(xiàn)場各參數(shù)對應(yīng)的液化范圍歸一化系 數(shù);將各液化范圍歸一化系數(shù)代入液化系數(shù)的計算公式中，得出液化系數(shù)，計算土體液化范 圍；依據(jù)多個時刻的液化范圍值，分析土體的液化特征，優(yōu)化強夯施工布置。
[0006] 進(jìn)一步地，施工參數(shù)和土體參數(shù)包括窮錘半徑、能級、現(xiàn)場土體滲透系數(shù)、內(nèi)摩擦 角以及粘聚力。
[0007] 進(jìn)一步地，所述夯錘半徑、能級、現(xiàn)場土體滲透系數(shù)、內(nèi)摩擦角以及粘聚力通過設(shè) 備資料、地質(zhì)資料和現(xiàn)場試驗獲取。
[0008] 進(jìn)一步地，所述歸一化系數(shù)為 其中，M為數(shù)值模擬時，給定的各組參數(shù)和測 ,1 算的液化深度、寬度值，Ma是各參數(shù)和液化范圍的基準(zhǔn)值。
[0009] 進(jìn)一步地，假設(shè)計算得現(xiàn)場的夯錘半徑歸一化系數(shù)為I，數(shù)據(jù)介于i,與氣之間，其 中，4〈 4與殳所對應(yīng)的某時刻液化范圍歸一化系數(shù)為匕.，與以及寬度與利用 內(nèi)插值計算?的液化范圍歸一化系數(shù)：
[0012] |Dr，|R^別是液化寬度和深度歸一化系數(shù)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述液化系數(shù)的計算公式為 其中，lDr、';、|Dk、&V、|d。和^Rr、k、lRk、_&?>、.lR。，分別是現(xiàn)場參數(shù)對應(yīng)的液化深度和寬度 歸一化系數(shù)，yD，yR分別為深度和寬度液化系數(shù)，所述液化范圍包括液化深度D= yDXDa 和液化寬度R= yRXRa。
[0014] 進(jìn)一步地，所述液化特征和施工布置時分析多個時刻的液化深度和寬度值的變 化，選定夯錘半徑、能級，布置夯點間距和夯錘施工間隙。
[0015] 本發(fā)明提供的基于強夯處理的液化計算方法在大量實驗和模擬驗證基礎(chǔ)上，總結(jié) 出歸一化系數(shù)表，提出液化計算公式，從而確定了各施工參數(shù)液化特征，以便于提供合理的 強夯施工安排，具有簡單、效率高等優(yōu)點，尤其是處理飽和土液化問題時具備極好的準(zhǔn)確 性，擁有廣泛的工程運用前景和實用性。
【附圖說明】
[0016] 下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0017] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于強夯處理的液化計算方法的步驟流程示意 圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明實施例提供的強夯引起的液化范圍結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的一種基于強夯處理的液化計算方法 作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的 是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā) 明實施例的目的。
[0020] 本發(fā)明的核心思想在于，本發(fā)明提供的基于強夯處理的液化計算方法在大量實驗 和模擬驗證基礎(chǔ)上，總結(jié)出歸一化系數(shù)表，提出液化計算公式，從而確定了各施工參數(shù)液化 特征，以便于提供合理的強夯施工安排，具有簡單、效率高等優(yōu)點，尤其是處理飽和土液化 問題時具備極好的準(zhǔn)確性，擁有廣泛的工程運用前景和實用性。
[0021]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于強夯處理的液化計算方法的步驟流程示意 圖。參照圖1，基于強夯處理的液化計算方法包括：
[0022] S11、獲取施工參數(shù)和土體參數(shù)；
[0023] S12、模擬強夯液化后，分析參數(shù)變化對液化范圍的影響，取一組參數(shù)和相應(yīng)的液 化范圍作基準(zhǔn)值，將其余組參數(shù)和測算的液化范圍分別同基準(zhǔn)值比較，得出各自的歸一化 系數(shù)，利用內(nèi)插法計算出現(xiàn)場各參數(shù)對應(yīng)的液化范圍歸一化系數(shù)；
[0024] S13、將各液化范圍歸一化系數(shù)代入液化系數(shù)的計算公式中，得出液化系數(shù)，計算 土體液化范圍；
[0025] S14、依據(jù)多個時刻的液化范圍值，分析土體的液化特征，優(yōu)化強夯施工布置。
[0026]在本發(fā)明實施例中，施工參數(shù)和土體參數(shù)包括窮錘半徑、能級、現(xiàn)場土體滲透系 數(shù)、摩擦角以及粘聚力，所述夯錘半徑、能級、現(xiàn)場土體滲透系數(shù)、摩擦角以及粘聚力通過設(shè) 備資料、地質(zhì)資料和現(xiàn)場試驗獲取。
[0027] 在本發(fā)明實施例中，所述土體和施工的參數(shù)基準(zhǔn)值是:窮錘半徑ra=l .3m、能級Eta = 250T ? m、土體滲透系數(shù)ka=l X 10-6m/s、摩擦角(p,, =32°以及粘聚力ca=15kPa;不同時 刻的液化深度基準(zhǔn)值和液化寬度基準(zhǔn)值分別為Da，Ra;所述歸一化系數(shù)為 其中，M為 ， 數(shù)值模擬時，給定的各組參數(shù)和測算的液化深度、寬度值，Ma是各參數(shù)和液化范圍的基準(zhǔn) 值。計算出現(xiàn)場參數(shù)的歸一化系數(shù)后，可通過內(nèi)插值獲取相應(yīng)的液化范圍歸一化系數(shù)。
[0028] 進(jìn)一步地，假設(shè)計算得現(xiàn)場的夯錘半徑歸一化系數(shù)為I，數(shù)據(jù)介于化與C2之間，其 中，A〈（，€與《所對應(yīng)的某時刻液化范圍歸一化系數(shù)為&與^以及寬度'與"，利用 內(nèi)插值計算?的液化范圍歸一化系數(shù)：
[0031] |Dr，|Rr分別是液化寬度和深度歸一化系數(shù)。
[0032] 進(jìn)一步地，所述液化系數(shù)的計算公式為:~ 其中，、lDk、k、|D。和、lRk、k、|R。，分別是現(xiàn)場參數(shù)對應(yīng)的液化深度和寬度 歸一化系數(shù)，yD，yR分別為深度和寬度液化系數(shù)，所述液化范圍包括液化深度D= yDXDa 和液化寬度R= y r x Ra，同理可知，能計算現(xiàn)場土體多個時刻的液化深度和寬度值。
[0033] 進(jìn)一步地，所述液化特征和施工布置時分析多個時刻的液化深度和寬度值的變 化，選定夯錘半徑、能級，布置夯點間距和夯錘施工間隙。
[0034] 以上海某化工基地為工程實例，工程占地面積20萬M2。場地土為粉質(zhì)粘土、粉土。 建筑場地為n類，抗震設(shè)防烈度為8度，地下水位較低，該地基屬于易液化的地基，需對土體 進(jìn)行強夯加固處理。圖2為本發(fā)明實施例提供的強夯引起的液化范圍結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖2， 采用強夯法加固場地地基，為加快施工進(jìn)度、縮短施工周期，需要了解場地土的液化效應(yīng)， 采用合理的施工方法，D為最大液化深度，R為最大液化寬度。依據(jù)本發(fā)明實施例提供的基于 強夯處理的液化計算方法選擇施工參數(shù)，具體步驟如下：
[0035] 1)獲取施工參數(shù)和土體參數(shù)，包括窮錘半徑r=l .2m、能級Et = 250T ? m和現(xiàn)場土 體滲透系數(shù)k = 5 X 1 (T6m/ s、摩擦角f=20_ °以及粘聚力c = 41 kPa。
[0036] 2)計算現(xiàn)場參數(shù)的歸一化系數(shù)，查找歸一化系數(shù)表1，表1為歸一化系數(shù)表，表1中 第一行為給定的土體和施工參數(shù)基準(zhǔn)值，第二行為不同時刻液化范圍基準(zhǔn)值，包括液化深 度基準(zhǔn)值和液化寬度基準(zhǔn)值，余下是歸一化系數(shù)。內(nèi)插值計算出現(xiàn)場各參數(shù)對應(yīng)的液化范 圍歸一化系數(shù)。
[0037] 表 1
[0039]計算得各參數(shù)歸一化系數(shù)為：
[0041 ]內(nèi)插值計算各參數(shù)對應(yīng)的液化深度和寬度歸一化系數(shù)為：
[0042] 2秒時，各系數(shù)值為
[0043] =1
[0044] |Dr = 1+0 ? 4997 X (1 ? 0684-1) = 1 ? 0342，|Dk= 1+0 ? 0404 X (1 ? 0059-1) = 1 ? 0002，
[0045] 4? =1 + 0-7999 >< p.5828 -1) = (L6663, ^ = 1 + 0.8666 x (0.7223 -1 ) = 0.7593.
[0046] Sm, = h
[0047] |Rr = 1+0 ? 4997 X (1 ? 0012-1) = 1 ? 0006，|Rk= 1+0 ? 0404 X (1 ? 0049-1) = 1 ? 0002，
[0048] - i + 〇.7999x(〇.7747-l) -0.8198, ^ + 0.8666x(0.9286-1 ) = 0.93X1,.
[0049] 所以
[0050] y d=1.0342X1 XI. 0002X0.6663X0.7593 = 0.5216,
[0051 ] y R= 1.0006 X 1 X 1.0002 X 0.8198 X 0.9381 = 0.7665 〇 [0052] 15分鐘時，各系數(shù)值為
[0053] ~ ^
[0054] |Dr= 1+0 ? 4997 X (1 ? 0562-1) = 1 ? 0281，|Dk= 1+0 ? 0404 X (0 ? 5424-1) =0 ? 9815，
[0055] = 1 + 0-7999 x (0.5368- 1) = 0.6295, ^/v = 〇.g666 x (0.72! 3 - i) = 0.75S5.
[0056] 《.s'e,:蘭 1:?:
[0057] |Rr= 1+0 ? 4997 X (0 ? 9407-1) =0 ? 9704，|Rk= 1+0 ? 0404 X (0 ? 3098-1) =0 ? 9721,
[0058] ^ ^l + 0J999x(0.6968-l) = 0.7575, ^ = 1 + 0.8666：x(0,9293-1) = 0.9387"
[0059] 所以
[0060] y d=1.0281X1X0.9815X0.6295X0.7585 = 0.4787,
[0061] y R = 0.9704 X 1 X 0.9721 X 0.7575, X 0.9387 = 0.6604
[0062] 1小時后，各系數(shù)值為
[0063] .,=1，
[0064] |Dr = 1+0 ? 4997 X (1 ? 0535-1) = 1 ? 0267，|Dk= 1+0 ? 0404 X (0 ? 4220-1) =0 ? 9766，
[0065] 4；〇(1> = 1 + 〇 "999 x (0.5332 - I) = 0.6266, = i + 〇.8666 x (0.7246 - 1) = () 76! 3,
[0066] §de, = l
[0067] |Rr= 1+0 ? 4997 X (0 ? 9307-1) =0 ? 9654，|Rk= 1+0 ? 0404 X (0 ? 5313-1) =0 ? 9810，
[0068] ^ = 1 + 0,7999 x(0.6796-1) = 0.7437., r-R = \ + 0.8666x (0.9271 - 1) = 0.^368.
[0069] 所以
[0070] y d=1.0267X1X0.9766X0.6266X0.7613 = 0.4535,
[0071] yR = 〇. 9654X1X0.9810X0.7437X0.9368 = 0.5120。
[0072] 1天后，各系數(shù)值為
[0073] =1,
[0074] |Dr= 1+0 ? 4997 X (1 ? 0675-1) = 1 ? 0337，|Dk= 1+0 ? 0404 X (0-1) =0 ? 9596，
[0075] 4y ^ 1 + 0-7999x (0 -1) - 0.2001, ^ =：i + x (0.7915-1)- 0.8224,
[0076] im, =：1>
[0077] |Rr= 1+0 ? 4997 X (1 ? 0018-1) = 1 ? 0009，|Rk= 1+0 ? 0404 X (0-1) =0 ? 9596,
[0078] i："" = 1 + 0.7999 >i〇-l) = 0.2001. = i + 〇.8666x(0.7576- 1) = 0.7899.,
[0079] 所以
[0080] y d=1.0337X1X0.9596X0.2001X0.8224 = 0.1632,
[0081] yR= 1.0009X1X0.9596X0.2001X0.7899 = 0.1518。
[0082] 3)將各液化范圍歸一化系數(shù)代入液化公式中，得出液化系數(shù)，從而計算土體液化 范圍；
[0083] 液化深度和液化寬度：
[0084] D= y DXDa，R= y RXRa。
[0085] 2秒時，液化深度和液化寬度為：
[0086] D= yDXDa = 0.5216X4.8917 = 2.5515，R= yRXRa = 0.7665X3.663 = 2.8077。
[0087] 15分鐘時，液化深度和液化寬度為：
[0088] D= yDXDa = 0.4787X4.8839 = 2.5515，R= yRXRa = 0.6604X3.6321 = 2.3986。
[0089] 1小時后，液化深度和液化寬度為：
[0090] D= yDXDa = 0.4535X4.861 = 2.2045，R= yRXRa = 0.5120X3.6091 = 1.8479。
[0091 ] 1天后，液化深度和液化寬度為：
[0092] D= yDXDa = 0.1632X4.5063 = 0.7354，R= yRXRa = 0.1518X3.291 = 0.4996。
[0093] 4)依據(jù)多個時刻的液化范圍值，分析土體的液化特征，優(yōu)化強夯施工布置。
[0094] 計算得出本工程土體的液化范圍值可知，在給定的窮錘半徑r = 1.2m、能級Et = 250T ? m下，土體的液化寬度可達(dá)到2.9m，且在1天后，液化深度和寬度僅為0.7m和0.49m，已 經(jīng)基本消散。所以，工程土體強夯可以安排為夯錘半徑r=1.2m、能級E t = 250T.m、夯間距 為4.8m、強夯間隔為1天。
[0095] 由實施例可以得知，本發(fā)明實施例提供的基于強夯處理的液化計算方法可以快速 計算工程土體的液化效應(yīng)，了解土體的液化性質(zhì)，為合理的安排強夯施工提供可靠的依據(jù)， 本實施例提供的基于強夯處理的液化計算方法工程計算簡單，結(jié)果可靠，方便快捷，應(yīng)用前 景廣泛。
[0096] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于強巧處理的液化計算方法，其特征在于，包括： 獲取施工參數(shù)和±體參數(shù)； 模擬強巧液化后，分析參數(shù)變化對液化范圍的影響，取一組參數(shù)和相應(yīng)的液化范圍作 基準(zhǔn)值，將其余組參數(shù)和測算的液化范圍分別同基準(zhǔn)值比較，得出各自的歸一化系數(shù)，利用 內(nèi)插法計算出現(xiàn)場各參數(shù)對應(yīng)的液化范圍歸一化系數(shù)； 將各液化范圍歸一化系數(shù)代入液化系數(shù)的計算公式中，得出液化系數(shù)，計算±體液化 范圍； 依據(jù)多個時刻的液化范圍值，分析±體的液化特征，優(yōu)化強巧施工布置。2. 如權(quán)利要求1所述的基于強巧處理的液化計算方法，其特征在于，施工參數(shù)和±體參 數(shù)包括巧鍵半徑、能級、現(xiàn)場±體滲透系數(shù)、內(nèi)摩擦角W及粘聚力。3. 如權(quán)利要求2所述的基于強巧處理的液化計算方法，其特征在于，所述巧鍵半徑、能 級、現(xiàn)場±體滲透系數(shù)、內(nèi)摩擦角W及粘聚力通過設(shè)備資料、地質(zhì)資料和現(xiàn)場試驗獲取。4. 如權(quán)利要求1所述的基于強巧處理的液化計算方法，其特征在于，所述歸一化系數(shù)為其中，M為數(shù)值模擬時，給定的各組參數(shù)和測算的液化深度、寬度值，Ma是各參數(shù)和 液化范圍的基準(zhǔn)值。5. 如權(quán)利要求4所述的基于強巧處理的液化計算方法，其特征在于，假設(shè)計算得現(xiàn)場的 巧鍵半徑歸一化系數(shù)為Cr,數(shù)據(jù)介于復(fù),與色，之間，其中，焉（焉，復(fù),與爲(wèi)所對應(yīng)的某時刻液化 范圍歸一化系數(shù)為苗。與苗。W及寬度備。與卽^，刑用內(nèi)插值計算U勺液化范圍歸一化系數(shù)：^Dr, CRr分別是液化寬度和深度歸一化系數(shù)。6. 如權(quán)利要求5所述的基于強巧處理的液化計算方法，其特征在于，所述液化系數(shù)的計 算公式為：， 扣C和、CRk、€sp、Crc，分別是現(xiàn)場參數(shù)對應(yīng)的液化深度和寬度歸一化系數(shù)，丫 D，丫 R分別 為深度和寬度液化系數(shù)，所述液化范圍包括液化深度D= 丫 DXDa和液化寬度R= 丫 RXRa。 7 .如權(quán)利要求1所述的基于強巧處理的液化計算方法，其特征在于，所述液化特征和施 工布置時分析多個時刻的液化深度和寬度值的變化，選定巧鍵半徑、能級，布置巧點間距和 巧鍵施工間隙。
【文檔編號】G06F17/50GK105912816SQ201610293420
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】王威, 姜劍, 陳錦劍, 王建華, 夏小和
【申請人】上海交通大學(xué)