擠土樁施工側(cè)向擠土位移模型的創(chuàng)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明具體涉及一種擠土粧施工側(cè)向擠土位移模型的創(chuàng)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著擠土粧施工工藝的復(fù)雜性增加，基粧的直徑和長度增大，施工機(jī)械的不斷升 級換代和施工的人工成本不斷提高等問題的出現(xiàn)，通過各施工工藝的系統(tǒng)集成，并最終實 現(xiàn)現(xiàn)代化、無災(zāi)害、無事故施工是粧基工程施工的必然發(fā)展方向和趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種擠土粧施工側(cè)向擠土位移模型的創(chuàng)建方 法。
[0004] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種擠土粧施工側(cè)向擠土位移模型的創(chuàng)建方法，包括以下 步驟：
[0005] (1)制作模型試驗槽：用磚塊和水泥砂漿砌成一個容積為800mm X 380 X 1200mm的 矩形試驗槽，在試驗槽的底部開設(shè)兩個排水閥，試驗槽的一墻面設(shè)有一矩形觀察窗；
[0006] (2)放置土體和觀測標(biāo)志:首先在試驗槽底部鋪設(shè)IOcm厚度的細(xì)沙層作為隔層，然 后在細(xì)砂層上及試驗槽的上壁都布置一層土工織布，在觀察窗內(nèi)側(cè)涂抹凡士林;取軟粘土 分批倒入試驗槽，每次加軟粘土高度為4cm后搗實均勻，再鋪一層土工織布，且在土工織布 上均勻放置砝碼和磚塊;將帶有直徑為3mm的白色半球長大頭針作為觀察點，每隔3cm壓入 軟粘土內(nèi)；
[0007] 關(guān)閉排水閥，在試驗槽中注入水，靜置48d，進(jìn)行軟粘土的堆載固結(jié)過程；然后在 試驗槽中再注入水，并靜置12d;
[0008] (3)壓粧試驗:試驗采用180度扇形木粧為模型粧，頂端粧帽高2cm，粧長Im，直徑 4 · 5cm，粧尖為半圓形漸縮，粧尖長為8cm;
[0009] 根據(jù)室內(nèi)土工試驗方法，對模型粧進(jìn)行壓粧擠土試驗，在側(cè)限條件下對模型粧施 加壓力至土樣完全排水固結(jié)完成后，快速施加水平剪切力直至破壞，測定模型粧周圍的土 體徑向位移、豎直向位移數(shù)據(jù)，統(tǒng)計各數(shù)據(jù)并建立側(cè)向擠土位移模型：
[0011] 其中：
[0012] ur為徑向位移分量;w為豎直向位移分量;H表示模型粧貫入深度，當(dāng)模型粧完全貫 入土體后，H表示粧長;Π )表示粧孔初始半徑;Uo為模型粧周圍的土作用邊界點的法向位移； A1、Bi為變分參數(shù);Zo為曲線族參數(shù);α為曲線外法線與z軸夾角。
[0013]進(jìn)一步地，所述側(cè)向擠土位移模型中，^PA1 J1的關(guān)系如下：
[0014] 貫入深度丑 // = 34 m // = 25 m II= 17m II= 9m A1 -I 00 -1.00 -1.()() -1.00 B1 -I 06 -1.07 -1.69 -5.00 "
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明建立了可評判壓粧擠土破壞程度的理論計算公式，并 根據(jù)理論公式可以設(shè)計地下構(gòu)筑物隔離防護(hù)措施進(jìn)行防護(hù)，減小了地下工程施工等對工 程場地周圍的環(huán)境破壞影響，并可優(yōu)化鋼筋和水泥等材料的使用量。
【附圖說明】
[0016] 下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0017] 圖1是本發(fā)明中實際沉粧過程的粧土作用物理模型的示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明中沉粧過程粧孔擴(kuò)張法擴(kuò)張模型圖。
[0019]圖3是本發(fā)明中沉粧過程的粧土作用力學(xué)模型。
[0020]圖4是本發(fā)明中擠土粧施工側(cè)向擠土位移模型的示意圖。
[0021]圖5本發(fā)明中矩形試驗槽的正投影圖。
[0022] 圖6是本發(fā)明中矩形試驗槽的立體圖。
[0023] 圖7是本發(fā)明中試驗粧和測斜管平面位置關(guān)系示意圖。
[0024] 圖8是本發(fā)明中r = 3d處不同貫入度時側(cè)向擠土位移情況示意圖。
[0025]圖9是本發(fā)明中終孔時不同r處側(cè)向擠土位移情況示意圖。
[0026]圖10是本發(fā)明中H=9m時側(cè)向位移值隨(r，z)變化情況示意圖。
[0027]圖11是本發(fā)明中H= 17m時側(cè)向位移值隨(r，z)變化情況示意圖。
[0028]圖12是本發(fā)明中H=25m時側(cè)向位移值隨(r，z)變化情況示意圖。
[0029]圖13是本發(fā)明中H=34m時側(cè)向位移值隨(r，z)變化情況示意圖。
[0030]圖14a是本發(fā)明中粧入土深度為9m時圍護(hù)結(jié)構(gòu)埋深情況示意圖。
[00311圖14b是本發(fā)明中粧入土深度為17m時圍護(hù)結(jié)構(gòu)埋深情況示意圖。
[0032]圖14c是本發(fā)明中粧入土深度為25m時圍護(hù)結(jié)構(gòu)埋深情況示意圖。
[0033]圖14d是本發(fā)明中粧入土深度為34m時圍護(hù)結(jié)構(gòu)埋深情況示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 1.計算公式推導(dǎo)
[0035]地下工程結(jié)構(gòu)與地基土相互作用符合由式（1)所示的變分原理表達(dá)式，滿足位移 與應(yīng)力邊界條件且使式(1)取極值的位移應(yīng)力函數(shù)為變分問題的解答。
[0037]式中，A(Eij)為能量密度;Fi為體積力；￡ij為應(yīng)變張量;P i為應(yīng)力邊界S1I力的取 值;m為位移向量。
[0038]對于空間軸對稱問題，勢能密度：
γ zr等4個應(yīng)變 分量。
[0040]對于空間軸對稱問題，位移應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式為式(2)。
[0042] 式中，Ur，w分別為徑向位移分量及豎直向位移分量，Er，εθ，￡2分別為徑向應(yīng)變、環(huán) 向應(yīng)變和豎向應(yīng)變，γ zr為剪應(yīng)變，r為徑向計算半徑。
[0043] 邊界條件：
式中， 可r，為邊界位移函數(shù)，u為擠土位移場，g(z，r )= 〇為粧土作用邊界曲線方程。
[0044] 1.1變分位移函數(shù)
[0045]針對空間軸對稱問題，建立圖1和圖2所示的粧土作用物理模型，以及圖3所示的粧 土作用力學(xué)模型。圖1和圖2中：箭頭表示粧側(cè)土體隆起的方向，標(biāo)識1表示天然地面，標(biāo)識V 表示隆起的地面，標(biāo)識2表示粧側(cè)地體隆起的臨界深度。圖3即粧土作用力學(xué)模型用一族虛 曲線覆蓋粧土作用影響區(qū)域，曲線族由式(4)表示。圖3中，H表示粧貫入深度，當(dāng)粧完全貫入 土體后，H表示粧長;標(biāo)識8表示地面，標(biāo)識6表示沉粧過程中粧孔擴(kuò)張的初始小孔;標(biāo)識7表 示沉粧過程中擴(kuò)張后的粧孔。
[0047 ]式中，ZO為曲線族參數(shù)，ro表示沉粧過程中粧孔擴(kuò)張的初始小孔半徑，H表示粧貫入 深度，當(dāng)模型粧完全貫入土體后，H表示粧長。當(dāng)z〇 = H，
為孔壁邊界曲線方 程。根據(jù)圖3:當(dāng)z = 0，r = r〇,當(dāng)z = H，r = 0;當(dāng)z〇 = H，
且根據(jù)空間 軸對稱條件：
.根據(jù)圖1、圖2與圖3模型及式(2)、（3)、（4)可得式(5)。
[0049]式中，Wo = UoTtcosa為結(jié)構(gòu)擠土豎向位移分量初始項，該項取值滿足結(jié)構(gòu)和土體邊 界位移條件;urQ = u〇TtSina為結(jié)構(gòu)擠土徑向位移分量初始項，該項取值滿足結(jié)構(gòu)和土體邊 界徑向位移條件；Wi = u〇TtMtcosa，Uri = UoTtMtsina，W2 = UoTtMt2Cosa，Ur2 = u〇TtMt2sina，…·分 別為結(jié)構(gòu)擠土豎向位移分量變分項、徑向位移分量變分項，取值滿足在結(jié)構(gòu)和土體作用邊 界上位移為〇的條件丄，Bm為待定系數(shù)，Uo為該粧土作用邊界點的法向位移，Tt = rQ/(ZQ-H+ r〇) Α?/ζ^α為式⑷所示曲線外法線與z軸夾角。圖3所示u(z，r)的方向余弦為：
[0051 ] 1.2幾何協(xié)調(diào)方程
[0052]考慮ur，w中的曲線族參數(shù)zo,幾何方程式(2)進(jìn)一步寫為式(6)的形式。
[0055] 1.3確定勢能密度
[0056] 假設(shè)粧土作用邊界位移為Au，空間軸對稱問題的應(yīng)力分量表達(dá)為式(7)。
[0058] 式中，
Vq為泊松比，γ為土容重。
[0059] 勢能密度可寫為
為z，r，ZQ函數(shù)。式中，
[0061]綜上分析，可得結(jié)構(gòu)擠土位移函數(shù)式(8)即側(cè)向擠土位移模型：
[0063] 2.計算結(jié)果和測試數(shù)據(jù)比較
[0064]根據(jù)式（1)~(7)計算可得式(8)的系數(shù)和泛函極值如表1與式(9)~式（12)。^為 泛函積分空間區(qū)域上限。
[0065]表1變分參數(shù)取值和能量值
[0067]當(dāng)貫入深度:H=9m時位移函數(shù)：
[0069] 當(dāng)貫入深度:H= 17m時位移函數(shù)：
丨：
[0071]當(dāng)貫入深度:H=34m時位移函數(shù)：
[0073] 當(dāng)貫入深度:H=25m時位移函數(shù)：
[0075] 一種擠土粧施工側(cè)向擠土位移模型的創(chuàng)建方法，對稱半模試驗的雙層對準(zhǔn)直接觀 測法因其原理簡單，對設(shè)備的要求不高，易操作，故試驗的土體位移觀測采用該方法，模型 試驗槽如圖5、圖6所示。模型粧緊靠一可視窗內(nèi)壁貫入，通過觀察窗觀測土體中位移觀測標(biāo) 志的位移，以此得到土體的位移場，模型粧擠土試驗具體包括以下步驟：
[0076] (1)制作試驗槽：用磚塊和水泥砂衆(zhòng)砌成一個容積為800mm X 380 X 1200mm的矩形 試驗槽(見圖5和圖6)，在試驗槽的底部開設(shè)兩個排水閥，試驗槽的一墻面設(shè)有一矩形觀察 窗，觀察窗為畫有2cm*2cm方格網(wǎng)15哩的鋼化玻璃;壓入粧時，在試驗槽靠觀察窗一側(cè)上下 架設(shè)兩個鐵架和必要受力的反力架裝置，確保能垂直壓入試驗粧，并且在試驗槽