地基验算方法及装置与流程

本发明涉及地基设计
技术领域：
，特别是涉及地基验算方法、装置、计算机可读存储介质及计算机设备。
背景技术：
：根据《建筑地基基础设计规范》6.5.1条的规定：坐落在岩石地基上的甲级建筑物，当两种岩体变形模量达到2倍以及2倍以上时，应进行变形验算。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：针对非岩石地基，如基底为中风化玄武岩(也即中等风化玄武岩)、岩层以下为粘土和细沙的地基形式(如图1所示)，现有规范中并没有规定如何进行变形验算以及如何进行承载力验算。目前国内尚未发现中风化玄武岩夹层地基火力发电厂锅炉房基础的设计案例。与之较为接近的基础设计采用的是柱子荷重较大的高层建筑的大块板式基础或者条形基础(如图2所示)。但是，上述基础面积较大，混凝土量以及钢筋量较大，造价较高。因此，需要找到一种通过简化、适用的方式对地基基础进行验算，进而判断某一基础是否满足安全性和经济性的要求的方法。技术实现要素：基于此，本发明提供了地基验算方法及装置，能在无规范可循情况下实现对地基的验算，通过简单的方式实现基础设计，使基础设计满足安全性和经济性的要求。本发明实施例的内容如下：一种地基验算方法，所述地基包括岩层以及下卧土层，所述方法包括以下步骤：获取待建物的荷载、基础面积信息以及所述岩层的强度特征，根据所述岩层的强度特征确定所述岩层的基底压力扩散角；根据所述待建物的荷载、基础面积信息以及所述基底压力扩散角确定所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值；获取计算确定的所述地基对应的沉降变形量，判断所述应力值和所述沉降变形量是否均满足设定要求，根据判断结果确定所述地基的验算结果。在其中一个实施例中，所述根据所述待建物的荷载、基础面积信息以及所述基底压力扩散角确定所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值的步骤，包括：根据所述待建物的基础面积信息和所述基底压力扩散角确定所述下卧土层的面积；根据所述下卧土层的面积以及所述待建物的荷载计算所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值。在其中一个实施例中，所述获取所述地基的沉降变形量，判断所述应力值和所述沉降变形量是否均满足设定要求，得到判断结果的步骤，包括：获取所述下卧土层的承载力实测值，将所述应力值与所述承载力实测值进行比对，判断所述应力值是否满足设定要求；获取预设的沉降变形量阈值，将所述沉降变形量与所述预设的沉降变形量阈值进行比对，判断所述沉降变形量是否满足设定要求。在其中一个实施例中，所述地基的沉降变形量通过如下公式得到：其中，在上述式中，s为沉降变形量；α为沉降经验系数；P0为基底附加应力；b为基础宽度；为变形计算深度范围内土变形模量的当量值；n为土的层数；h为变形计算深度；hi为基底起自上至下第i层土的厚度，hn为基岩层的厚度；E0n为基岩层的变形模量；E0i为第i层土的变形模量。在其中一个实施例中，所述岩层为中风化玄武岩；所述根据所述岩层的强度特征确定所述岩层的基底压力扩散角的步骤包括：根据中风化玄武岩的整体筏板效应，确定所述岩层的基底压力扩散角为40°。相应的，本发明实施例提供一种地基验算装置，所述地基包括岩层以及下卧土层，其特征在于，所述地基验算装置包括：信息确定模块，用于获取待建物的荷载、基础面积信息以及所述岩层的强度特征，根据所述岩层的强度特征确定所述岩层的基底压力扩散角；应力值确定模块，用于根据所述待建物的荷载、基础面积信息以及所述基底压力扩散角确定所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值；以及，承载力以及沉降变形量验算模块，用于获取计算确定的所述地基对应的沉降变形量，判断所述应力值和所述沉降变形量是否均满足设定要求，根据判断结果确定所述地基的验算结果。在其中一个实施例中，所述应力值确定模块包括：土层面积计算模块，用于根据所述待建物的基础面积信息和所述基底压力扩散角确定所述下卧土层的面积；土层应力值计算模块，用于根据所述下卧土层的面积以及所述待建物的荷载计算所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值。在其中一个实施例中，所述承载力以及沉降变形量验算模块包括：应力值验算子模块，用于获取所述下卧土层的承载力实测值，将所述应力值与所述承载力实测值进行比对，判断所述应力值是否满足设定要求；变形量验算子模块，用于获取预设的沉降变形量阈值，将所述沉降变形量与所述预设的沉降变形量阈值进行比对，判断所述沉降变形量是否满足设定要求。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤，通过其存储的计算机程序。一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的步骤。上述技术方案，根据岩层的强度特征确定基底压力扩散角并获取地基上待建物的荷载，进而计算岩层下卧土层的应力值和沉降变形量。计算上述参数值后，判断岩层下卧土层的应力值和沉降变形量是否满足要求，当两者均满足要求时确定对应的地基验算通过，进而可以在该地基上建造该待建物。目前，地基形式无现有的规范计算方法，本发明实施例通过确定基底压力扩散角，采用了针对特定土层的计算公式，通过简单的方法实现了对岩层的下卧土层的应力值以及变形量的验算。附图说明图1为一个实施例中的中风化玄武岩夹层地基的示意图；图2为一个实施例中柱子荷重较大的高层建筑的筏板基础的示意图；图3为一个实施例中地基验算方法的示意性流程图；图4为一个实施例中的中风化玄武岩夹层地基有效应力扩散图；图5为一个实施例中的中风化玄武岩夹层地基上的锅炉基础布置图；图6为一个实施例中Midas/GTSNX三维起伏土层地质模型；图7为一个实施例中Midas/GTSNX有限元的独立基础模型；图8为一个实施例中Midas/GTSNX有限元的土层沉降分析结果；图9为一个实施例中地基验算装置的结构示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。根据《建筑地基基础设计规范》GB5007-2011的第6.5.1条的规定：坐落在岩石地基上的甲级建筑物，当两种岩体变形模量达到2倍以及2倍以上时，应进行变形验算。但是，针对非岩石地基，如图1所示基底为中风化玄武岩、岩层以下为粘土和砂土的类似地基形式，该如何进行变形验算以及如何进行承载力验算，现有国家《建筑地基基础设计规范》GB5007-2011和广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003均没有相应的计算方法。同时，目前国内尚未发现中风化玄武岩夹层地基锅炉房独立基础、条形基础或筏板基础的设计案例，与之最相近的是柱子荷重较大的高层建筑的大块板式基础或者条形基础等筏板基础的设计，如图2所示。但是，筏板基础等的面积较大，混凝土量以及钢筋量较大，造价较高，容易造成浪费。本发明实施例提供一种地基验算方法以及相应的地基验算装置。需要说明的是，本发明实施例以中风化玄武岩为例来说明地基验算方法及装置，但是该地基验算方法及装置也可以应用在其他的地基验算场景中。以下分别对地基验算方法及装置进行详细说明。如图3所示，为一实施例的地基验算方法的示意性流程图。所述实施例提供的地基验算方法主要包括步骤S310至步骤S330，详细说明如下：S310、获取待建物的荷载、基础面积信息以及所述岩层的强度特征，根据所述岩层的强度特征确定所述岩层的基底压力扩散角。本发明实施例中的地基包括岩层以及与所述岩层对应的下卧土层。下卧土层可以为岩层下方对应的粘土、砂土等土层。如图1所示，所述岩层和所述下卧土层构成待建物的地基。可选地，获取待建物荷载的方法可以采用常用的方法先计算待建物中各个组成部分的荷载，再将各个荷载组合进而得到该待建物的总体荷载。其中，该岩层可以是玄武岩等具有一定整体筏板效应的岩层，这些岩层可以处于不同的状态，如强风化、中风化、微风化等状态。具体地，该岩层为中风化玄武岩。岩层的强度特征可以为岩层具有代表性的特征，如岩层是否具有整体筏板效应以及岩层的压缩模量等信息。岩层的待建物的基础面积信息可以为该岩层相对于地面的待建物的基础面积信息。此外，待建物可以是各种建筑、厂房、锅炉等。具体地，该待建物为锅炉房。S320、根据所述待建物的荷载、基础面积信息以及所述基底压力扩散角确定所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值。其中，下卧土层的应力值指的是待建物的基础对下卧土层施加的力。当下卧土层的承载力大于该应力值时，该下卧土层能够承受该待建物的荷载，满足建造该待建物的条件。S330、获取计算确定的所述地基对应的沉降变形量，判断所述应力值和所述沉降变形量是否均满足设定要求，根据判断结果确定所述地基的验算结果。对于夹层地基沉降变形量的计算，由于许多岩层的压缩模量非常大，在工程设计上可忽略其压缩变形。因此，仅需计算出下卧土层的沉降变形量S即可得出地基的沉降变形量。本步骤综合考虑岩层下卧土层的应力值和沉降变形量是否满足要求后，得出该地基的验算结果。本实施例，通过确定基底压力扩散角，采用针对特定土层的计算公式，通过这样简单的方法实现了对岩层的下卧土层的应力值以及变形量的验算。在满足巨大荷载的前提下，避免了盲目做大基础(原理不明，盲目加大基础面积，设计成条形基础或者筏板基础)，具有较高的经济效益。在一实施例中，所述根据所述待建物的荷载、基础面积信息以及所述基底压力扩散角确定所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值的步骤，包括：根据所述待建物的基础面积信息和所述基底压力扩散角确定所述下卧土层的面积A；根据所述下卧土层的面积以及所述待建物的荷载P计算所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值。确定中风化玄武层的待建物的基础面积信息以及基底压力扩散角后，可以进一步确定基底压力扩散到岩层底部(下卧土层)的面积(A)，从而可以求出中风化玄武岩底部的应力值(P/A)。本实施例，根据下卧土层的面积A以及待建物的荷载P计算了所述下卧土层的应力值，通过计算下卧土层的应力值能进一步判断下卧土层的承载力是否符合要求，即是否能承载该待建物。在一实施例中，所述获取判断所述应力值和所述沉降变形量是否均满足设定要求的步骤，包括：获取所述下卧土层的承载力实测值，将所述应力值与所述承载力实测值进行比对，判断所述应力值是否满足设定要求；获取预设的沉降变形量阈值，将所述沉降变形量与所述预设的沉降变形量阈值进行比对，判断所述沉降变形量是否满足设定要求。可选地，将应力值P/A的数值与中风化玄武岩的下卧砂土、黏土的承载力Fak相比，即可知下卧土层的承载力Fak是否满足要求，进而可以判断所述应力值是否满足设定要求。将各个基础下卧土层的沉降变形量S求出之后，将其与《火力发电厂土建结构设计技术规程》(DL5022-2012)要求的柱下基础沉降变形限值进行比较，则可得知基础底面积是否满足规范的沉降要求，进而可以判断所述沉降变形量是否满足设定要求。综合上述判断结果，如果前述两个参数均满足要求，则该地基验算通过。可选地，还可以包括计算待建物对岩层的应力值的步骤，计算对岩层的应力值的方法采用常规的方法即可。若岩层的应力值不满足要求，则该地基的验算可以为不通过，也与结合其他情况认为是验算通过。本实施例，通过分别判断岩层的下卧土层是否能承载待建物的基础对该下卧土层的应力值以及下卧土层的沉降变形量是否满足要求，得到对地基的判断结果，能进一步确定该地基是否验算通过。在一实施例中，所述地基的沉降变形量通过如下公式得到：其中，在上述式中，s为沉降变形量；α为沉降经验系数；P0为基底附加应力；b为基础宽度；为变形计算深度范围内土变形模量的当量值；n为土的层数；h为变形计算深度；hi为基底起自上至下第i层土的厚度，hn为基岩层的厚度；E0n为基岩层的变形模量；E0i为第i层土的变形模量。其中，对于单独基础可取h＝(1～1.5)b，矩形基础可取h＝(1.5～2)b，条形基础可取h＝(2～3)b，片筏基础可取h＝(0.5～0.9)b；在计算深度范围内存在中风化基岩时，上式中的及可不计。地基的下卧土层往往为多层，而且中风化玄武岩的下卧土层的压缩性具有差异性，细砂和粘土的压缩模量不相等。因此本实施例，通过地基变形量计算公式，能整体计算出各个基础的总的沉降变形量S。在一实施例中，所述岩层为中风化玄武岩；所述根据所述岩层的强度特征确定所述岩层的基底压力扩散角的步骤包括：根据中风化玄武岩的整体筏板效应，确定所述岩层的基底压力扩散角为40°。可选地，该岩层还可以为中微风化玄武岩。如图4所示，图4为中风化玄武岩夹层地基有效应力扩散图。由于中风化玄武岩的压缩模量比下卧的粘土、砂土的压缩模量大得多，考虑到中风化玄武岩有一定的整体筏板效应，因此本实施例参照《建筑地基基础设计规范》P243中的记载：“验算岩石下卧层强度时，其基底压力扩散角可按30°～40°考虑”。确定该中风化玄武岩的基底应力扩散角为40°，确定这个角度后可以尽可能多地分析岩层的下卧土层。使独立基础上的待建物荷载P通过作用力P’间接作用在岩层的下卧土层上。为了更好地理解上述方法，以下详细阐述一个本发明地基验算方法的应用实例。本实施例的岩层以中风化玄武岩为例，待建物以锅炉房为例。1)获取待建物的荷载P。2)根据中风化玄武岩的整体筏板效应确定该中风化玄武岩的基底压力扩散角为40°。3)获取所述中风化玄武岩的待建物的基础面积信息A’，根据所述岩层的待建物的基础面积信息A’和所述基底压力扩散角，通过几何关系确定所述下卧土层的面积A。4)将所述待建物的荷载P除以所述下卧土层的面积A得到所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值P/A。5)根据如下公式计算地基的沉降变形量：其中，在上述式中，s为沉降变形量；α为沉降经验系数；P0为基底附加应力；b为基础宽度；为变形计算深度范围内土变形模量的当量值；n为土的层数；h为变形计算深度；hi为基底起自上至下第i层土的厚度，hn为基岩层的厚度；E0n为基岩层的变形模量；E0i为第i层土的变形模量。6)通过测量仪器测量所述下卧土层的承载力Fak，将所述应力值P/A与所述承载力Fak进行比对，当应力值P/A大于承载力Fak时，表示该下卧土层能承载该待建物。7)查找《火力发电厂土建结构设计技术规程》(DL5022-2012)要求的柱下基础沉降变形限值，将所述沉降变形量与该柱下基础沉降变形限值进行比对，当该沉降变形量小于与该柱下基础沉降变形限值时，表示该沉降变形量满足要求。8)当应力值P/A和沉降变形量均满足要求，则该待建物对应的地基验算通过。9)通过采用大型岩土工程专用软件Midas/GTSNX作为分析工具对该地基验算的过程进行验证，分析过程如下：图5是中风化玄武岩夹层地基上的锅炉基础布置图。如图5所示，本发明实施例采用三维有限元法对锅炉基础、中微风化玄武岩层及以下砂土、黏土进行三维整体建模，分析该基础的沉降量和沉降差。检查岩层和下卧土层的应力，判断得知应力值P/A满足要求。在有限元分析中，土层本构模型选用摩尔库伦准则，土层的力学强度参数按照岩土工程勘察报告中的土工试验参数选取，采用的土层参数如表1所示。表1土层参数及本构关系考虑到建模工作量、计算量和计算时间等因素，对地质剖面图中的地质分层情况进行适当简化，忽略次要的地层起伏，建立仿真的三维起伏地层模型，如图6所示。锅炉基础柱基与柱脚的结构参数如下表2，得到的最终锅炉基础的三维模型如图7所示。表2基础结构参数及本构关系结构名称截面尺寸(m)材料本构关系弹性模量(kN/m2)混凝土柱基多种C40混凝土弹性3.25×107如图7所示，总共有57个柱位，其中各个柱基的准永久荷载如下表3所示：表3柱基准永久荷载轴力及剪力加载数值表从Midas/GTSNX模型的结果可知，在准永久组合荷载的作用下，各独立基础的最大与最小沉降分别为49.26mm与31.1mm。柱基之间最大沉降差(沉降变形量)为18.16mm，柱间距为46.5m，该沉降变形量小于《火力发电厂土建结构设计技术规程》对于锅炉基础的地基允许变形值0.002L＝0.002*46.5m＝93mm(其中，L为柱间距)。因此，该地基的沉降变形量满足规范要求，图8为有限元模型的土层沉降分析结果示意图，简化方法得出的柱基之间最大沉降差为25mm，比有限元结果18.16mm大，但简化方法和有限元方法计算得出的该地基的沉降变形量均满足规范要求。因此，本发明实施例的地基验算方法可作为设计使用的偏于安全的计算方法。通过本发明实施例的地基验算方法，能充分考虑中风化夹层地基的特殊情况，在满足计算要求的前提下建造锅炉房独立基础，避免在整个地基上直接采用筏板基础，进而节约建造成本。以雷州某一电厂锅炉房基础为例，把民用高层建筑基础的一般做法(条形基础)和通过本发明实施例的地基验算方法得到的独立基础进行造价对比。发现通过本发明实施例中的地基验算方法对地基进行验算，可以节省混凝土量3500m3，钢筋用量用28kg/m3进行测算则可以节省造价700万元。本发明实施例通过基础-地基三维有限元模型的分析验证了简化设计方法的实用性，解决了无规范可循情况下独立基础的简化设计问题，解决了基础设计安全性和经济性问题。需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。基于与上述实施例中的地基验算方法相同的思想，本发明还提供地基验算装置，该装置可用于执行上述地基验算方法。为了便于说明，地基验算装置实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。如图9所述，地基验算装置包括信息确定模块910、应力值确定模块920和承载力以及沉降变形量验算模块930。信息确定模块910，用于获取待建物的荷载、基础面积信息以及所述岩层的强度特征，根据所述岩层的强度特征确定所述岩层的基底压力扩散角。应力值确定模块920，用于根据所述待建物的荷载、基础面积信息以及所述基底压力扩散角确定所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值。以及，承载力以及沉降变形量验算模块930，用于获取计算确定的所述地基对应的沉降变形量，判断所述应力值和所述沉降变形量是否均满足设定要求，根据判断结果确定所述地基的验算结果。在一实施例中，所述应力值确定模块920包括：土层面积计算模块，用于根据所述待建物的基础面积信息和所述基底压力扩散角确定所述下卧土层的面积；土层应力值计算模块，用于根据所述下卧土层的面积以及所述待建物的荷载计算所述待建物的基础对所述下卧土层的应力值。在一实施例中，所述承载力以及沉降变形量验算模块930包括：应力值验算子模块，用于获取所述下卧土层的承载力实测值，将所述应力值与所述承载力实测值进行比对，判断所述应力值是否满足设定要求；变形量验算子模块，用于获取预设的沉降变形量阈值，将所述沉降变形量与所述预设的沉降变形量阈值进行比对，判断所述沉降变形量是否满足设定要求。在一实施例中，所述变形量计算模块930用于通过如下公式得到地基的沉降变形量：其中，在上述式中，s为沉降变形量；α为沉降经验系数；P0为基底附加应力；b为基础宽度；为变形计算深度范围内土变形模量的当量值；n为土的层数；h为变形计算深度；hi为基底起自上至下第i层土的厚度，hn为基岩层的厚度；E0n为基岩层的变形模量；E0i为第i层土的变形模量。在一实施例中，所述岩层为中风化玄武岩；所述根据岩层的特征确定基底压力扩散角的步骤包括：所述信息确定模块910用于根据中风化玄武岩的整体筏板效应，确定所述岩层的基底压力扩散角为40°。需要说明的是，本发明的地基验算装置与本发明的地基验算方法一一对应，在上述地基验算方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于地基验算装置的实施例中，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述，特此声明。此外，上述示例的地基验算装置的实施方式中，各程序模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述地基验算装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或(模块)单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3