CN105912816A - 一种基于强夯处理的液化计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于强夯处理的液化计算方法，包括:获取施工参数和土体参数；模拟强夯液化后，分析参数变化对液化范围的影响，得出各自的归一化系数，利用内插法计算出现场各参数对应的液化范围归一化系数；将各液化范围归一化系数代入液化系数的计算公式中，得出液化系数，计算土体液化范围；依据多个时刻的液化范围值，分析土体的液化特征，优化强夯施工布置。本发明提供的基于强夯处理的液化计算方法在大量实验和模拟验证基础上，总结出归一化系数表，提出液化计算公式，从而确定了各施工参数液化特征，以便于提供合理的强夯施工安排，具有简单、效率高等优点，尤其是处理饱和土液化问题时具备极好的准确性，拥有广泛的工程运用前景和实用性。

Description

一种基于强夯处理的液化计算方法

技术领域

本发明涉及饱和砂质、粉质地基中的强夯施工技术领域，特别涉及一种基于强夯处理的液化计算方法。

背景技术

强夯是传统而又非常实用的地基加固处理方法，正是强夯的方便实用，从远古时期到现在，强夯一直被广泛运用于工程实践中。特别是改革开放以来，我国城市建设飞速发展，各型工程大量地拔地而起，如：堤坝、港口、摩天大楼、民用住宅和工业厂房等。随着这些工程的发展，对地基处理技术和施工效率的要求也越来越高，常用的强夯法也在不断发展提升。在地下水位较浅的区域，地基中孔隙水压力的存在会导致强夯时出现大面积液化，使得加固效果减弱。所以需要考虑其液化影响范围以及液化消散速率，发展一种考虑液化影响而且能够快速计算的强夯施工方法。

目前，对强夯处理技术研究手段主要有：数值计算，经验公式，理论研究，现场试验检测等。主要研究对象大多集中于，夯击能及夯击次数对土体密实、加固深度、有效应力和孔隙水压力等的影响。《岩土力学》2013，vol34，第1478页至第1486页，作者刘洋，发表的标题为“吹填土强夯加排水地基处理的数值分析与应用”中研究了强夯中土体密实机制和孔隙水压力发展模式。《长江科学院院报》2005，vol22，第48页至第51页，作者周小文，发表的标题为“Kriging法在大区域场地砂土液化范围判别中的应用研究”中结合了标准贯入实验成果和Kriging法，对大区域场地砂土液化范围做出判别。在中国专利公告号为104328776A，发明专利名称为“一种预测动力强夯对土体及周边环境影响的方法”介绍了基于夯锤在强夯过程中贯入位移历史的施工全过程动力学模型，采用非线性数值模拟技术预测动力强夯施工对土体及周边环境的影响的方法，目前尚没有发现计算液化范围以分析强夯处理技术的研究文献。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于强夯处理的液化计算方法，以解决如何发现计算液化范围以分析强夯处理的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种基于强夯处理的液化计算方法，包括：获取施工参数和土体参数；模拟强夯液化后，分析参数变化对液化范围的影响，取一组参数和相应的液化范围作基准值，将其余组参数和测算的液化范围分别同基准值比较，得出各自的归一化系数，利用内插法计算出现场各参数对应的液化范围归一化系数；将各液化范围归一化系数代入液化系数的计算公式中，得出液化系数，计算土体液化范围；依据多个时刻的液化范围值，分析土体的液化特征，优化强夯施工布置。

进一步地，施工参数和土体参数包括夯锤半径、能级、现场土体渗透系数、内摩擦角以及粘聚力。

进一步地，所述夯锤半径、能级、现场土体渗透系数、内摩擦角以及粘聚力通过设备资料、地质资料和现场试验获取。

进一步地，所述归一化系数为其中，M为数值模拟时，给定的各组参数和测算的液化深度、宽度值，M_a是各参数和液化范围的基准值。

进一步地，假设计算得现场的夯锤半径归一化系数为ξ_r，数据介于与之间，其中， 与所对应的某时刻液化范围归一化系数为与以及宽度与利用内插值计算ξ_r的液化范围归一化系数：

${\mathrm{\ξ}}_{Dr}={\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_1}+\frac{{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_2}-{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_1}}{{\mathrm{\ξ}}_{r_2}-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}}({\mathrm{\ξ}}_r-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}),$

${\mathrm{\ξ}}_{Rr}={\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_1}+\frac{{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_2}-{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_1}}{{\mathrm{\ξ}}_{r_2}-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}}({\mathrm{\ξ}}_r-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}),$

ξ_Dr,ξ_Rr分别是液化宽度和深度归一化系数。

进一步地，所述液化系数的计算公式为： 其中，ξ_Dr、ξ_Dk、ξ_Dc和ξ_Rr、ξ_Rk、ξ_Rc，分别是现场参数对应的液化深度和宽度归一化系数，γ_D,γ_R分别为深度和宽度液化系数，所述液化范围包括液化深度D＝γ_D×D_a和液化宽度R＝γ_R×R_a。

进一步地，所述液化特征和施工布置时分析多个时刻的液化深度和宽度值的变化，选定夯锤半径、能级，布置夯点间距和夯锤施工间隙。

本发明提供的基于强夯处理的液化计算方法在大量实验和模拟验证基础上，总结出归一化系数表，提出液化计算公式，从而确定了各施工参数液化特征，以便于提供合理的强夯施工安排，具有简单、效率高等优点，尤其是处理饱和土液化问题时具备极好的准确性，拥有广泛的工程运用前景和实用性。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的一种基于强夯处理的液化计算方法的步骤流程示意图；

图2为本发明实施例提供的强夯引起的液化范围结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于强夯处理的液化计算方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，本发明提供的基于强夯处理的液化计算方法在大量实验和模拟验证基础上，总结出归一化系数表，提出液化计算公式，从而确定了各施工参数液化特征，以便于提供合理的强夯施工安排，具有简单、效率高等优点，尤其是处理饱和土液化问题时具备极好的准确性，拥有广泛的工程运用前景和实用性。

图1为本发明实施例提供的一种基于强夯处理的液化计算方法的步骤流程示意图。参照图1，基于强夯处理的液化计算方法包括：

S11、获取施工参数和土体参数；

S12、模拟强夯液化后，分析参数变化对液化范围的影响，取一组参数和相应的液化范围作基准值，将其余组参数和测算的液化范围分别同基准值比较，得出各自的归一化系数，利用内插法计算出现场各参数对应的液化范围归一化系数；

S13、将各液化范围归一化系数代入液化系数的计算公式中，得出液化系数，计算土体液化范围；

S14、依据多个时刻的液化范围值，分析土体的液化特征，优化强夯施工布置。

在本发明实施例中，施工参数和土体参数包括夯锤半径、能级、现场土体渗透系数、摩擦角以及粘聚力，所述夯锤半径、能级、现场土体渗透系数、摩擦角以及粘聚力通过设备资料、地质资料和现场试验获取。

在本发明实施例中，所述土体和施工的参数基准值是：夯锤半径r_a＝1.3m、能级E_ta＝250T·m、土体渗透系数k_a＝1×10^-6m/s、摩擦角以及粘聚力c_a＝15kPa；不同时刻的液化深度基准值和液化宽度基准值分别为D_a，R_a；所述归一化系数为其中，M为数值模拟时，给定的各组参数和测算的液化深度、宽度值，M_a是各参数和液化范围的基准值。计算出现场参数的归一化系数后，可通过内插值获取相应的液化范围归一化系数。

进一步地，假设计算得现场的夯锤半径归一化系数为ξ_r，数据介于与之间，其中， 与所对应的某时刻液化范围归一化系数为与以及宽度与利用内插值计算ξ_r的液化范围归一化系数：

${\mathrm{\ξ}}_{Dr}={\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_1}+\frac{{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_2}-{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_1}}{{\mathrm{\ξ}}_{r_2}-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}}({\mathrm{\ξ}}_r-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}),$

${\mathrm{\ξ}}_{Rr}={\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_1}+\frac{{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_2}-{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_1}}{{\mathrm{\ξ}}_{r_2}-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}}({\mathrm{\ξ}}_r-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}),$

ξ_Dr,ξ_Rr分别是液化宽度和深度归一化系数。

进一步地，所述液化系数的计算公式为： 其中，ξ_Dr、ξ_Dk、ξ_Dc和ξ_Rr、ξ_Rk、ξ_Rc，分别是现场参数对应的液化深度和宽度归一化系数，γ_D,γ_R分别为深度和宽度液化系数，所述液化范围包括液化深度D＝γ_D×D_a和液化宽度R＝γ_R×R_a，同理可知，能计算现场土体多个时刻的液化深度和宽度值。

进一步地，所述液化特征和施工布置时分析多个时刻的液化深度和宽度值的变化，选定夯锤半径、能级，布置夯点间距和夯锤施工间隙。

以上海某化工基地为工程实例，工程占地面积20万M²。场地土为粉质粘土、粉土。建筑场地为Ⅱ类，抗震设防烈度为8度，地下水位较低，该地基属于易液化的地基，需对土体进行强夯加固处理。图2为本发明实施例提供的强夯引起的液化范围结构示意图。参照图2，采用强夯法加固场地地基，为加快施工进度、缩短施工周期，需要了解场地土的液化效应，采用合理的施工方法，D为最大液化深度，R为最大液化宽度。依据本发明实施例提供的基于强夯处理的液化计算方法选择施工参数，具体步骤如下：

1)获取施工参数和土体参数，包括夯锤半径r＝1.2m、能级E_t＝250T·m和现场土体渗透系数k＝5×10^-6m/s、摩擦角以及粘聚力c＝41kPa。

2)计算现场参数的归一化系数，查找归一化系数表1，表1为归一化系数表，表1中第一行为给定的土体和施工参数基准值，第二行为不同时刻液化范围基准值，包括液化深度基准值和液化宽度基准值，余下是归一化系数。内插值计算出现场各参数对应的液化范围归一化系数。

表1

计算得各参数归一化系数为：

内插值计算各参数对应的液化深度和宽度归一化系数为：

2秒时，各系数值为

${\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{DE}}_t}=1,$

ξ_Dr＝1+0.4997×(1.0684-1)＝1.0342,ξ_Dk＝1+0.0404×(1.0059-1)＝1.0002,

${\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{RE}}_t}=1,$

ξ_Rr＝1+0.4997×(1.0012-1)＝1.0006,ξ_Rk＝1+0.0404×(1.0049-1)＝1.0002,

所以

γ_D＝1.0342×1×1.0002×0.6663×0.7593＝0.5216，

γ_R＝1.0006×1×1.0002×0.8198×0.9381＝0.7665。

15分钟时，各系数值为

${\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{DE}}_t}=1,$

ξ_Dr＝1+0.4997×(1.0562-1)＝1.0281,ξ_Dk＝1+0.0404×(0.5424-1)＝0.9815,

${\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{RE}}_t}=1,$

ξ_Rr＝1+0.4997×(0.9407-1)＝0.9704,ξ_Rk＝1+0.0404×(0.3098-1)＝0.9721,

所以

γ_D＝1.0281×1×0.9815×0.6295×0.7585＝0.4787，

γ_R＝0.9704×1×0.9721×0.7575,×0.9387＝0.6604

1小时后，各系数值为

${\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{DE}}_t}=1,$

ξ_Dr＝1+0.4997×(1.0535-1)＝1.0267,ξ_Dk＝1+0.0404×(0.4220-1)＝0.9766,

${\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{DE}}_t}=1,$

ξ_Rr＝1+0.4997×(0.9307-1)＝0.9654,ξ_Rk＝1+0.0404×(0.5313-1)＝0.9810,

所以

γ_D＝1.0267×1×0.9766×0.6266×0.7613＝0.4535,

γ_R＝0.9654×1×0.9810×0.7437×0.9368＝0.5120。

1天后，各系数值为

${\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{DE}}_t}=1,$

ξ_Dr＝1+0.4997×(1.0675-1)＝1.0337,ξ_Dk＝1+0.0404×(0-1)＝0.9596,

${\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{RE}}_t}=1,$

ξ_Rr＝1+0.4997×(1.0018-1)＝1.0009,ξ_Rk＝1+0.0404×(0-1)＝0.9596,

所以

γ_D＝1.0337×1×0.9596×0.2001×0.8224＝0.1632，

γ_R＝1.0009×1×0.9596×0.2001×0.7899＝0.1518。

3)将各液化范围归一化系数代入液化公式中，得出液化系数，从而计算土体液化范围；

液化深度和液化宽度：

D＝γ_D×D_a，R＝γ_R×R_a。

2秒时，液化深度和液化宽度为：

D＝γ_D×D_a＝0.5216×4.8917＝2.5515,R＝γ_R×R_a＝0.7665×3.663＝2.8077。

15分钟时，液化深度和液化宽度为：

D＝γ_D×D_a＝0.4787×4.8839＝2.5515,R＝γ_R×R_a＝0.6604×3.6321＝2.3986。

1小时后，液化深度和液化宽度为：

D＝γ_D×D_a＝0.4535×4.861＝2.2045,R＝γ_R×R_a＝0.5120×3.6091＝1.8479。

1天后，液化深度和液化宽度为：

D＝γ_D×D_a＝0.1632×4.5063＝0.7354,R＝γ_R×R_a＝0.1518×3.291＝0.4996。

4)依据多个时刻的液化范围值，分析土体的液化特征，优化强夯施工布置。

计算得出本工程土体的液化范围值可知，在给定的夯锤半径r＝1.2m、能级E_t＝250T·m下，土体的液化宽度可达到2.9m，且在1天后，液化深度和宽度仅为0.7m和0.49m，已经基本消散。所以，工程土体强夯可以安排为夯锤半径r＝1.2m、能级E_t＝250T·m、夯间距为4.8m、强夯间隔为1天。

由实施例可以得知，本发明实施例提供的基于强夯处理的液化计算方法可以快速计算工程土体的液化效应，了解土体的液化性质，为合理的安排强夯施工提供可靠的依据，本实施例提供的基于强夯处理的液化计算方法工程计算简单，结果可靠，方便快捷，应用前景广泛。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于强夯处理的液化计算方法，其特征在于，包括：

获取施工参数和土体参数；

模拟强夯液化后，分析参数变化对液化范围的影响，取一组参数和相应的液化范围作基准值，将其余组参数和测算的液化范围分别同基准值比较，得出各自的归一化系数，利用内插法计算出现场各参数对应的液化范围归一化系数；

将各液化范围归一化系数代入液化系数的计算公式中，得出液化系数，计算土体液化范围；

依据多个时刻的液化范围值，分析土体的液化特征，优化强夯施工布置。

2.如权利要求1所述的基于强夯处理的液化计算方法，其特征在于，施工参数和土体参数包括夯锤半径、能级、现场土体渗透系数、内摩擦角以及粘聚力。

3.如权利要求2所述的基于强夯处理的液化计算方法，其特征在于，所述夯锤半径、能级、现场土体渗透系数、内摩擦角以及粘聚力通过设备资料、地质资料和现场试验获取。

4.如权利要求1所述的基于强夯处理的液化计算方法，其特征在于，所述归一化系数为其中，M为数值模拟时，给定的各组参数和测算的液化深度、宽度值，M_a是各参数和液化范围的基准值。

5.如权利要求4所述的基于强夯处理的液化计算方法，其特征在于，假设计算得现场的夯锤半径归一化系数为ξ_r，数据介于与之间，其中， 与所对应的某时刻液化范围归一化系数为与以及宽度与利用内插值计算ξ_r的液化范围归一化系数：

${\mathrm{\ξ}}_{Dr}={\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_1}+\frac{{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_2}-{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Dr}}_1}}{{\mathrm{\ξ}}_{r_2}-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}}({\mathrm{\ξ}}_r-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}),$

${\mathrm{\ξ}}_{Rr}={\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_1}+\frac{{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_2}-{\mathrm{\ξ}}_{{\mathrm{Rr}}_1}}{{\mathrm{\ξ}}_{r_2}-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}}({\mathrm{\ξ}}_r-{\mathrm{\ξ}}_{r_1}),$

ξ_Dr,ξ_Rr分别是液化宽度和深度归一化系数。

6.如权利要求5所述的基于强夯处理的液化计算方法，其特征在于，所述液化系数的计算公式为：其中，ξ_Dr、ξ_Dk、ξ_Dc和ξ_Rr、ξ_Rk、ξ_Rc，分别是现场参数对应的液化深度和宽度归一化系数，γ_D,γ_R分别为深度和宽度液化系数，所述液化范围包括液化深度D＝γ_D×D_a和液化宽度R＝γ_R×R_a。

7.如权利要求1所述的基于强夯处理的液化计算方法，其特征在于，所述液化特征和施工布置时分析多个时刻的液化深度和宽度值的变化，选定夯锤半径、能级，布置夯点间距和夯锤施工间隙。