一种适用于不同地震动强度的土石混合体地基桩基水平土抗力-位移骨架曲线模型的构建方法与流程

本发明属于岩土工程，特别涉及一种适用于不同地震动强度的土石混合体地基桩基水平土抗力-位移骨架曲线模型。

背景技术：

1、桩基设计除了考虑竖向承载力外，其在风、波浪、地震等水平荷载作用下的承载力也是一个重要而必要的考虑因素，并且各国规范经常把水平承载力作为桩基设计的控制指标。国内外对砂土和黏土地基中桩基的水平土抗力-位移关系模型进行了大量研究，取得了丰硕的成果。然而，对土石混合体地基桩基的水平土抗力-位移关系模型的研究却很少。

2、土石混合体不同于均匀岩土体，其力学性质取决于土体和块体结构，具有高强度、非连续和非均匀等显著特点。在地震荷载作用下土石混合体地基模量将发生剧烈变化，桩-土相互作用特性也随之改变。因此，建立合理、准确的土石混合体地基桩-土相互作用非线性力学模型，不仅对高地震烈度区土石混合体地基相关工程的建设和运营具有重要的现实意义，而且对岩土工程学科的发展也具有重要的理论意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提出一种适用于不同地震动强度的土石混合体地基桩基水平土抗力-位移骨架曲线模型的构建方法，以实现对高地震烈度区土石混合体地基中桩-土相互作用非线性力学行为的合理模拟，从而保证工程建设及其运营的安全。

2、为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

3、一种适用于不同地震动强度的土石混合体地基桩基水平土抗力-位移骨架曲线模型的构建方法，包括：

4、土石混合体地基的桩基水平土抗力-位移骨架曲线采用davidenkov函数，表达式为：

5、

6、式中，p为桩周土抗力；y为桩的水平位移；yu为桩的水平位移限值，超过该限值时，桩周土将处于破坏状态；ki为初始刚度；pu为桩周极限土抗力；a和b为模型参数；

7、通过引入土石混合体地基的等效模量来反映地震荷载引起的土石混合体地基模量退化对桩-土相互作用特性的影响，所述等效模量定义为：

8、

9、式中，eeq为土石混合体地基的等效模量；ei为第i层土的等效模量；hi为第i层土的厚度；n为总土层数；

10、初始刚度与土石混合体地基等效模量和桩基特性参数相关，其表达式为：

11、

12、式中，e为土体等效模量，根据场地地震反应分析确定，以反映地震荷载引起的土石混合体地基的模量退化；ν为土体泊松比；eeq为土石混合体地基的等效模量；ep为桩弹性模量；ip为桩截面二次惯性矩；z为地基深度；d为桩直径；dref为参考单位桩直径，取1.0；

13、桩周极限土抗力取地基楔体破坏时桩周极限土抗力和地基绕流破坏时桩周极限土抗力的较小值，定义为：

14、pu＝min(pus,pud)

15、式中，pu为桩周极限土抗力；pus为地基发生楔体破坏时的桩周极限土抗力；pud为地基发生绕流破坏时的桩周极限土抗力；

16、根据楔体破坏模式、桩-土相互作用力学模型、楔形土体几何关系和静力平衡条件，可以推导出楔体破坏时的桩周极限土抗力，其表达式为：

17、

18、式中，c为土凝聚力；为土内摩擦角；γ为土体容重，地下水位以下采用有效容重；

19、

20、d为桩直径；z为地基深度；h为heaviside阶梯函数；

21、根据绕流破坏模式、桩-土相互作用力学模型、莫尔-库仑强度准则和静力平衡传递规则，可以推导出绕流破坏时的桩周极限土抗力，其表达式为：

22、

23、式中，c为土凝聚力；为土内摩擦角；γ为土体容重，地下水位以下采用有效容重；d为桩直径；z为地基深度；h为heaviside阶梯函数；apud为考虑地基模量退化对桩周极限土抗力影响的修正系数，定义为eeq为土石混合体地基的等效模量；ep为桩弹性模量；ip为桩截面二次惯性矩；

24、模型参数a和b与土石混合体地基的等效模量和桩基特性参数相关，其表达式为：

25、

26、

27、式中，d为桩直径；ep为桩弹性模量；ip为桩截面二次惯性矩；eeq为土石混合体地基的等效模量。

28、本发明提供一种适用于不同地震动强度的土石混合体地基桩基水平土抗力-位移骨架曲线模型的构建方法，土石混合体地基的桩基水平土抗力-位移骨架曲线采用davidenkov函数；模型考虑了地震荷载引起的土石混合体地基模量退化对桩-土相互作用特性的影响；模型反映了桩周土石混合体浅层楔体和深层绕流两种类型的破坏模式；模型包含初始刚度和桩周极限土抗力两个基本参数；初始刚度与土石混合体地基的等效模量和桩基特性参数相关；桩周极限土抗力取地基楔体破坏时桩周极限土抗力和地基绕流破坏时桩周极限土抗力的较小值；楔体破坏时的桩周极限土抗力由楔体破坏模式、桩-土相互作用力学模型、楔形土体几何关系和静力平衡条件导出；绕流破坏时的桩周极限土抗力由绕流破坏模式、桩-土相互作用力学模型、莫尔-库仑强度准则和静力平衡传递规则导出。本发明的模型具有良好的模拟精度，可用于高地震烈度区土石混合体地基桩-土相互作用的非线性力学行为模拟。这不仅对土石混合体地基相关工程的建设和运营具有重要的现实意义，也对岩土工程学科的发展具有重要的理论意义。

技术特征：

1.一种适用于不同地震动强度的土石混合体地基桩基水平土抗力-位移骨架曲线模型的构建方法，其特征在于：包括：

技术总结
本发明提供一种适用于不同地震动强度的土石混合体地基桩基水平土抗力‑位移骨架曲线模型的构建方法，土石混合体地基的桩基水平土抗力‑位移骨架曲线采用Davidenkov函数；考虑了地震荷载引起的土石混合体地基模量退化对桩‑土相互作用特性的影响；反映了桩周土石混合体浅层楔体和深层绕流两种类型的破坏模式；楔体破坏时的桩周极限土抗力由楔体破坏模式、桩‑土相互作用力学模型、楔形土体几何关系和静力平衡条件导出；绕流破坏时的桩周极限土抗力由绕流破坏模式、桩‑土相互作用力学模型、莫尔‑库仑强度准则和静力平衡传递规则导出。本发明的模型具有良好的模拟精度，可用于高地震烈度区土石混合体地基桩‑土相互作用的非线性力学行为模拟。

技术研发人员：夏志强,车炯,沈东璐,郭志勇,黄辉,冷冰峰,范国荣,王莲娣,赵志强,方火浪,韦领新,邹焰
受保护的技术使用者：浙江华东工程建设管理有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15