专利名称：基桩地基模型分析方法及用于该方法的试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑、桥梁工程基桩地基反力试验与分析技术领域，具体涉及基桩地基模型分析方法及用于该方法的试验装置。
背景技术：
目前，在建筑、桥梁工程领域，桩的水平承载力和压屈稳定设计计算，普遍是采用Winkler假设的线弹性地基模型，因为其基本概念明确，计算较为简单，当基桩挠曲变形较小时，假设与实际比较吻合。该线弹性地基反力数学模型可用式(I)表示:q(x)=mb0x"y=ky(I)其中式(I)中q(x)为地基反力，X是桩在地面或局部冲刷线以下的计算深度，m是地基系数的比例系数，h是桩身计算宽度，ω是反映地基反力随深度变化的指数，y为桩身挠曲位移，k即为地基系数。对线弹性地基模型的假设与计算，根据对地基系数k随X的变化取不同形式，又可分为常数法、K法、C法 和m法等方法，具体为:
(I)常数法该法由我国张有龄于上世纪30年代提出(1937年)，国外又称“张氏法”。此方法假定桩侧土体地基系数k沿深度不变，S卩ω=0。试验证明在地面处土体实际侧向抗力很小，该放法与实际情况相矛盾，因此对地面及以下不深的地基，该法不适应。(2)Κ法该法由前苏联安盖尔斯基于1937年提出，曾在我国广泛采用。K法假定桩侧土地基系数在第一挠曲变形零点至地面间随深度增加呈凹形抛物线增长，而在第一挠曲变形零点以下则为常数。该法在假定、推导方面存在诸多问题，我国已不再使用。(3) C法该法于1964年由日本久保浩一提出。C法假定地基系数沿深度呈抛物线增加，g卩ω=0.5。由于该法的ω不为整数，对基桩的微分方程求解极为复杂。另有研究表明，ω可能在0.1 2.0之间变化，难以确定ω的准确值。(4)m法该法由原苏联引入，我国铁路部门经过大量试验与研究后提出了新的m推荐值。“m法”假定地基系数随深度呈线性增长关系。国内外许多学者通过试验和理论分析，证实在一定条件下，非粘性土和正常固结粘性土的地基系数随深度的变化增长关系可与线性假设接近，因此在桩的水平承载力和压屈稳定设计计算中被普遍采用。目前我国铁路、公路桥梁及建筑桩基规范均推荐使用“m法”。根据“m法”，对式⑴中取ω=1，桩弹性曲线微分方程可写成如式⑵形式:
权利要求
1.基桩地基模型分析方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、建立被测桩(3)—土相关作用的离散弹簧支撑模型； 设地基为任意分层构造，所述被测桩(3)为非嵌岩桩体，将其分割成若干小段，即λ Pλ2- λ η桩段，根据线弹性地基反力数学模型公式:
2.根据权利要求1所述的基桩地基模型分析方法，其特征在于，所述步骤一中被测桩(3)的每小段分段长度可取0.5— I倍被测桩(3)桩径或桩宽。
3.根据权利要求1所述的基桩地基模型分析方法，其特征在于，所述步骤四中地基系数k随X的变化取不同形式，通过测定桩(3)在地面处的水平位移y。和转角Θ。双参数，可建立的地基反力计算模型及参数包括: “m法”模型:假定地基系数随深度线性变化，现场试桩仅需要测定被测桩(3)的水平加载力Hs，以及水平位移y。和转角Θ。两者中任意一个参数，代入所述编制的相应电算程序可以对m值进行搜索，以获得满足工程条件的解； 曲线模型:具体方法是可先设定ω，对m在可取值范围内根据所述地基反力分析的基本方程中Ay式编制相应电算程序进行一维搜索，当m值满足所述AyS条件后，以所述式Δ e对ω进行一维搜索，依次交替进行，最后确定m、ω的值； 折线模型:设地基反力系数在地面以下一定深度hz时，k随深度线性变化；在此深度以下k为常数不变；数学运算采用逼近法，编制相应电算程序；先预设转折点深度hz值，由所述地基反力分析的基本方程分别计算m值，然后调整转折点深度hz值，使两式计算m值趋于一致; 分层模型:通过试桩测定被测桩(3)桩侧土体两层土质的Hl1和Hl2值，两层土的反力随深度变化指数取ω =1，或下层反力系数k取常数；采用数学逼近法，首先确定上层土深度hf，预设下层土地基反力比例系数Hi1、，由所述地基反力分析的基本方程分别计算上层土比例系数m2,再电算搜索IH1,使两式计算的m2值趋于一致。
4.一种用于基桩地基模型分析方法的基桩地基试验装置，包括设于地面的基准梁(11)、基准桩(12)，其特征在于，所述基准梁(11)内设有被测桩(3)和至少一个反力桩(7)，所述反力桩(7)、被测桩(3)表面分别设有支座(4);所述两个支座(4)之间连接有千斤顶(6)和力传感器(5)，所述力传感器(5)通过力传感控制器(2)进行控制，并保证所述千斤顶(6)作用力水平且分别与所述反力桩(7)桩身轴线、被测桩(3)桩身轴线均处于同一平面；在所述被测桩(3)上设有能测量所述被测桩(3)转角的测角装置，在所述被测桩(3)和基准梁(11)之间设有测量所述被测桩(3)水平位移的位移测量装置。
5.根据权利要求4所述的基桩地基试验装置，其特征在于，所述测角装置为位于所述被测桩(3)顶部的水平仪测角装置(10)，所述水平仪测角装置(10)包括设置在被测桩桩顶(17)的固定架(13)，所述固定架(13)上相对被测桩(3)轴线垂直连接有搁板(15)，所述搁板(15)上设有能测量并记录所述被测桩桩顶(17)转角的合像水平仪(16)。
6.根据权利要求4所述的基桩地基试验装置，其特征在于，所述位移测量装置包括设置在被测桩(3)与基准梁(11)之间两组位移计(8，9)，其中每组位移计(8，9)包括至少一个位移计。
7.根据权利要求6所述的基桩地基试验装置，其特征在于，所述两组位移计(8，9)相互平行，其中每组位移计(8，9)包括两个所述位移计。
8.根据权利要求6或7所述的基桩地基试验装置，其特征在于，所述位移计(8，9)为百分表或位移传感器。
9.根据权利要求4所述的基桩地基试验装置，其特征在于，所述支座(4)为球形支座。
全文摘要
本发明公开了基桩地基模型分析方法及用于该方法的试验装置，其基桩地基模型分析方法包括建立被测桩—土相关作用的离散弹簧支撑模型、构建被测桩的内力及变形方程以及传递矩阵、被测桩地基反力分析基本方程、建立不同地基反力模型并编制相应电算程序、现场布置基桩地基试验装置、测量被测桩在地面处水平位移和转角、根据电算程序计算分析并确定相应地基反力模型参数；其所用基桩地基试验装置包括设于地面的基准梁、基准桩、反力桩、被测桩，所述反力桩、被测桩之间连接有千斤顶和力传感器，在所述被测桩上设置有测角装置和位移测量装置。本发明通过现场试桩，即可对基桩地基建立多种假设模型，能确定其相关模型参数，具有一定通用性。
文档编号E02D33/00GK103195112SQ20131013520
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者刘成毅, 李玲 申请人:四川建筑职业技术学院