CN108509755B - 基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法及系统，其中方法包括：获取海量的高应变测试数据，提取所述高应变测试数据中的力学参数，构建基础数据库；利用大数据分析技术，对基础数据库中的力学参数按照管桩所属土层类型进行分类统计和计算，得到各类型土层对应的标准力学参数；利用有限元分析将待分析管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的管桩单元；构建各管桩单元的桩侧荷载传递函数；构建桩端荷载传递函数；计算出桩侧阻力和桩端阻力，将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果绘制待分析管桩的Q‑S曲线，并根据Q‑S曲线特征确定所述待分析管桩的极限承载力，输出待分析管桩承载力性状分析结果。

Description

基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法及系统

技术领域

本发明涉及工程建设领域，具体涉及基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法及系统。

背景技术

预应力管桩作为最主要的桩型，对工程结构的安全起着至关重要的作用，为确保工程安全，通常需要对预应力管桩进行荷载试验，以确定其竖向承载力是否满足设计要求。

现有技术中，预应力管桩竖向承载力分析方法主要有理论法、规范法和原位测试法。

理论法中由勘察地质报告提供参数，由于提供的参数准确度不高，容易引起计算误差；规范法采用规定的简单公式计算桩的竖向承载力，也容易引起计算误差。

在原位测试法中，主要有静载试验法和高应变测试法。通常对桩进行高应变检测，高应变检测的标准原理就是往桩顶轴向施加一个冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过波动理论分析，判定单桩竖向抗压承载力及桩身完整性。其中，若冲击力小，将无法充分激发桩端承载力，进而导致分析结果存在一定的误差；而静载试验存在费用高、时间长，影响现场实际施工进展等缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供了基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，该方法包括以下步骤：

获取海量的高应变测试数据，提取所述高应变测试数据中的力学参数，构建基础数据库，其中所述高应变测试数据为对以往对各管桩进行高应变测试而产生的测试数据，所述力学参数包括各管桩的桩侧阻力、桩端阻力、桩端位移；

利用大数据分析技术，对基础数据库中的力学参数按照管桩所属土层类型进行分类统计和计算，得到各类型土层对应的标准力学参数，所述标准力学参数包括标准桩侧阻力、标准桩端阻力、标准桩端位移；

利用有限元分析将待分析管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的管桩单元；

构建各管桩单元的桩侧荷载传递函数；

根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数；

根据构建的桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数计算出桩侧阻力和桩端阻力，将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果绘制待分析管桩的Q-S曲线，并根据Q-S曲线特征确定所述待分析管桩的极限承载力，输出待分析管桩承载力性状分析结果。

在本发明第一方面的一种可能实现的方式中，采用高应变实测曲线拟合法提取所述高应变测试数据中的力学参数。

在本发明第一方面的一种可能实施的方式中，根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数，包括：

当桩端所属土层为软土层时，按照下列公式构建桩端荷载传递函数：

当桩端所属土层为硬土层时，按照下列公式构建桩端荷载传递函数：

式中，s_b表示桩端位移，f(s_b)表示桩端阻力；s_bu为桩端极限位移，η为桩端弹簧折减系数；η₁为桩端第一阶段后弹簧折减系数，η₂为桩端第二阶段后弹簧折减系数，s_bu1为桩端第一阶段极限位移，s_bu2为桩端第二阶段极限位移；k为桩端弹簧系数，k＝R_c/s_c，其中R_c为桩端所属土层对应的标准桩端阻力，s_c为桩端所属土层对应的标准桩端位移。

优选地，所述η的取值范围为[0.2,0.4]，所述η₁的取值范围为[0.4,0.8]，所述η₂的取值范围为[0.2,0.4]。

优选地，所述待分析管桩为预应力管桩时，s_bu1的取值范围设定为1.0％～1.5％d，s_bu2的取值范围设定为1.5％～2.0％d，s_b达到2.0％～2.5％d时桩端阻力充分激发，其中d为待分析管桩的直径。

在本发明第一方面的一种可能实施的方式中，对于第i个管桩单元，提取该第i个管桩单元所属土层对应的标准桩侧阻力作为所述第i个管桩单元的桩侧第一阶段极限阻力，其桩侧荷载传递函数为：

式中，s_i为所述第i个管桩单元桩土之间的相对位移，f(s_i)为桩侧阻力，c_i表示所述第i个管桩单元桩侧土弹簧系数，c_i＝f_ui/s_ui，其中f_ui为所述第i个管桩单元的桩侧第一阶段极限阻力；s_ui为所述第i个管桩单元的桩侧阻力达到桩侧第一阶段极限阻力时桩土之间的相对位移值，μ_i为所述第i个管桩单元的桩侧土弹簧折减系数。

优选地，所述s_ui的取值范围根据土层的类型进行设定，具体为：

土层为填土时设定为7～10mm，土层为淤泥质粘土时设定为7～12mm，土层为粘性土时设定为6～10mm，土层为粉土时设定为6～10mm，土层为砂土时设定为5～9mm，土层为风化岩土时设定为3～7mm。

优选地，所述μ_i的取值范围为[0.1,0.2]。

进一步地，本发明第一方面的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，还包括以下步骤：

选择有代表性的土层预设所述待分析管桩，并在所述待分析管桩中埋设光纤，进行桩基承载力破坏试验，输出光纤测试结果；

将所述光纤测试结果与所述待分析管桩承载力性状分析结果进行比较，根据比较结果调整参数μ_i、s_ui、s_bu1、s_bu2、s_b、η、η₁、η₂的取值。

第二方面，本发明提供了基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析系统，该系统包括：

基础数据库构建模块，用于获取海量的高应变测试数据，提取所述高应变测试数据中的力学参数，构建基础数据库，其中所述高应变测试数据为对以往对各管桩进行高应变测试而产生的测试数据，所述力学参数包括各管桩的桩侧阻力、桩端阻力、桩端位移；

大数据分析模块，用于利用大数据分析技术，对基础数据库中的力学参数按照管桩所属土层类型进行分类统计和计算，得到各类型土层对应的标准力学参数，所述标准力学参数包括标准桩侧阻力、标准桩端阻力、标准桩端位移；

模型建立模块，用于利用有限元分析将待分析管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的管桩单元；

承载力智能分析模块，用于构建各管桩单元的桩侧荷载传递函数，根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数；还用于根据构建的桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数计算出桩侧阻力和桩端阻力，将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果绘制待分析管桩的Q-S曲线，并根据Q-S曲线特征确定所述待分析管桩的极限承载力，输出待分析管桩承载力性状分析结果。

本发明的有益效果为：

(1)基于以往的高应变测试数据进行力学参数提取，为后续的管桩承载力计算构建基础数据库，相对工程勘察报告提供的数据而言更为可靠，具有极高的实用价值；

(2)基于大数据分析技术对基础数据库中的数据进行计算、分析和挖掘，以获取各类型土层对应的标准力学参数，将标准力学参数应用于实际的管桩承载力计算，提高了管桩承载力分析的效率和精度；

(3)基于有限元数值方法的基础上，可方便解决非线性问题、易于处理非均质材料，具有一定的实际应用价值，可作为研究预应力管桩承载性状的理论依据；

(4)创新性地提出了新的桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数，函数形式上简单化有利于对桩端阻力与桩端位移的应用，提高管桩承载性状分析的效率；

(5)可以得出Q-S曲线、桩侧阻力、桩端阻力和桩端位移等计算结果，有利用后续对预应力管桩承载力机理的研究；

(6)将光纤测试结果与待分析管桩承载力性状分析结果进行比较，根据比较结果调整相关参数的取值，有益于提高管桩承载力分析的精度。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法的流程示意图；

图2是本发明一个示例性实施例的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析系统的结构示意图。

附图标记：

基础数据库构建模块1、大数据分析模块2、模型建立模块3、承载力智能分析模块4。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明实施例的一方面提供了一种基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，包括以下步骤：

S1获取海量的高应变测试数据，提取所述高应变测试数据中的力学参数，构建基础数据库，其中所述高应变测试数据为对以往对各管桩进行高应变测试而产生的测试数据，所述力学参数包括各管桩的桩侧阻力、桩端阻力、桩端位移。本实施例基于以往的高应变测试数据进行力学参数提取，为后续的管桩承载力计算构建基础数据库，相对工程勘察报告提供的数据而言更为可靠，具有极高的实用价值。

其中，高应变测试数据的获取来源可以是由管桩测试人员建立的历史测试数据库，或者是由管桩测试人员以往对管桩进行高应变测试时留下的测试记录。

在一种可能实施的方式中，在获取高应变测试数据时，可先对其中的异常的高应变测试数据进行过滤，然后进行力学参数提取。这样可以确保基础数据库中的数据精度。

在一种可能实施的方式中，采用高应变实测曲线拟合法提取所述高应变测试数据中的力学参数。

S2利用大数据分析技术，对基础数据库中的力学参数按照管桩所属土层类型进行分类统计和计算，得到各类型土层对应的标准力学参数，所述标准力学参数包括标准桩侧阻力、标准桩端阻力、标准桩端位移。

在一种可能实施的方式中，可以将同一土层类型的力学参数的平均值作为对应土层类型的标准力学参数。例如对于桩侧阻力，在进行标准桩侧阻力计算时，通过大数据分析技术，将基础数据库中所有的桩侧阻力按照管桩所属土层类型进行分类统计，对于同一土层类型的桩侧阻力归为同一个数据集，对该数据集求取平均值作为标准桩侧阻力。在一种可选的方式中，在对该数据集求取平均值时，还可以先对数据集中的最大值和/或最小值进行剔除处理，然后再求取平均值。

在另一种可能实施的方式中，可以将同一土层类型的力学参数的中值作为对应土层类型的标准力学参数。例如对于桩侧阻力，在进行标准桩侧阻力计算时，通过大数据分析技术，将基础数据库中所有的桩侧阻力按照管桩所属土层类型进行分类统计，对于同一土层类型的桩侧阻力归为同一个数据集，对该数据集中的数据进行排序，求取其中的中值作为表位标准桩侧阻力。

本实施例基于大数据分析技术对基础数据库中的数据进行计算、分析和挖掘，以获取各类型土层对应的标准力学参数，将标准力学参数应用于实际的管桩承载力计算，提高了管桩承载力分析的效率和精度。

S3利用有限元分析将待分析管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的管桩单元。其中各管桩单元轴线假定为直线，与水平面的夹角为α。夹角α可以根据实际情况合理设定，本实施例对此不作限定。通过有限元可以建立待分析管桩的力学模型，基于有限元数值方法的基础上，可方便解决非线性问题、易于处理非均质材料，具有一定的实际应用价值，可作为研究预应力管桩承载性状的理论依据。

S4构建各管桩单元的桩侧荷载传递函数。

在一种可能实施的方式中，采用双折线模型构建桩侧荷载传递函数，其中利用统计分析后的标准桩侧阻力作为桩侧第一阶段极限阻力。具体地，对于第i个管桩单元，提取该第i个管桩单元所属土层对应的标准桩侧阻力作为所述第i个管桩单元的桩侧第一阶段极限阻力，其桩侧荷载传递函数为：

式中，s_i为所述第i个管桩单元桩土之间的相对位移，f(s_i)为桩侧阻力，c_i表示所述第i个管桩单元桩侧土弹簧系数，c_i＝f_ui/s_ui，其中f_ui为所述第i个管桩单元的桩侧第一阶段极限阻力；s_ui为所述第i个管桩单元的桩侧阻力达到桩侧第一阶段极限阻力时桩土之间的相对位移值，μ_i为所述第i个管桩单元的桩侧土弹簧折减系数。

本实施例创新性地提出了新的桩侧荷载传递函数，该函数中利用统计分析后的标准桩侧阻力作为桩侧第一阶段极限阻力，有利于提高桩侧荷载传递函数构建精度，且函数形式上简单化有利于对桩端阻力与桩端位移的应用，提高管桩承载性状分析的效率。

在一种可选的方式中，桩侧土弹簧折减系数μ_i的取值范围为[0.1,0.2]。作为优选，μ_i取值为0.15。

在一种可选的方式中，s_ui的取值范围根据土层的类型进行设定，具体为：

土层为填土时设定为7～10mm，土层为淤泥质粘土时设定为7～12mm，土层为粘性土时设定为6～10mm，土层为粉土时设定为6～10mm，土层为砂土时设定为5～9mm，土层为风化岩土时设定为3～7mm。作为选优，层为填土时设定为8mm，土层为淤泥质粘土时设定为10mm，土层为粘性土时设定为8mm，土层为粉土时设定为8mm，土层为砂土时设定为7mm，土层为风化岩土时设定为5mm。本实施例根据土层的类型设定该s_ui的取值范围，进一步地使得桩侧荷载传递函数更适用于实际情况，提高了函数构造的精度。

S5根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数。

在一种可能实施的方式中，根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数，包括：

对于软土层中的管桩，由于桩端一般为刺入剪切破坏，桩端阻力分担的荷载比例小，Q-S曲线呈陡降型，破坏特征点明显，对此，当桩端所属土层为软土层时，按照下列公式构建桩端荷载传递函数：

对于持力层为硬土层，由于端阻所占比例大，发挥端阻所需位移大，Q-S曲线呈缓变型，破坏特征点不明显，对此，当桩端所属土层为硬土层时，按照下列公式构建桩端荷载传递函数：

式中，s_b表示桩端位移，f(s_b)表示桩端阻力；s_bu为桩端极限位移，η为桩端弹簧折减系数；η₁为桩端第一阶段后弹簧折减系数，η₂为桩端第二阶段后弹簧折减系数，s_bu1为桩端第一阶段极限位移，s_bu2为桩端第二阶段极限位移；k为桩端弹簧系数，k＝R_c/s_c，其中R_c为桩端所属土层对应的标准桩端阻力，s_c为桩端所属土层对应的标准桩端位移。

其中，软土层通常包括粘土、粉土、砂土、全风花岩、较软强风岩层；硬土层通常包括较硬强风化岩、中风化岩及其它坚硬岩层。

在一种可选的方式中，η的取值范围为[0.2,0.4]，所述η₁的取值范围为[0.4,0.8]，所述η₂的取值范围为[0.2,0.4]。

在一种可选的方式中，所述待分析管桩为预应力管桩时，s_bu1的取值范围设定为1.0％～1.5％d，s_bu2的取值范围设定为1.5％～2.0％d，s_b达到2.0％～2.5％d时桩端阻力充分激发，其中d为待分析管桩的直径。

本实施例创新性地提出了新的桩端荷载传递函数，该函数中利用统计分析后的标准桩端阻力、标准桩端位移作为基本参数，有利于提高桩端荷载传递函数构建精度，且函数形式上简单化有利于对桩端阻力与桩端位移的应用，提高管桩承载性状分析的效率。

S6根据构建的桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数计算出桩侧阻力和桩端阻力，将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果绘制待分析管桩的Q-S曲线，并根据Q-S曲线特征确定所述待分析管桩的极限承载力，输出待分析管桩承载力性状分析结果。本实施例可以得出Q-S曲线、桩侧阻力、桩端阻力和桩端位移等计算结果，有利用后续对预应力管桩承载力机理的研究。

在一种可选的方式中，步骤S6可采用有限元分析和FORTRAN软件进行承载力的计算。通过采用有限元分析和FORTRAN软件进行承载力的计算，智能便捷，分析效率高。

具体地，利用有限元分析将待分析管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的管桩单元后，对第i各个管桩单元建立局部坐标系，可得出局部坐标系下的系数矩阵和刚度矩阵，进而计算总体刚度矩阵。确定总体刚度矩阵后，求出预应力管桩在荷载作用下的内力和位移的增量值。将计算结果与管桩单元各结点处初始挠度和内力迭加，即可求得管桩单元各结点总的内力和位移。将通过上述桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数求得的桩侧阻力、桩端阻力以及桩顶外力作用于各结节，通过FORTRAN软件计算，可求出管桩各结点的最大内力和位移，与桩身材料极限承载力和桩端位移控制条件对比，便可求得管桩的承载力。

采用FORTRAN软件进行编制时，所输入的计算参数可以如下表所示：

上述表格中，在程序中输入的桩侧阻力采用大数据分析得到的标准桩侧阻力，而桩端阻力采用大数据分析得到的标准桩端阻力，桩端位移采用大数据分析得到的标准桩端位移。

进一步地，在一种可实现的方式中，本发明实施例的承载力分析方法还包括以下步骤：

选择有代表性的土层预设所述待分析管桩，并在所述待分析管桩中埋设光纤，进行桩基承载力破坏试验，输出光纤测试结果；

将所述光纤测试结果与所述待分析管桩承载力性状分析结果进行比较，根据比较结果调整参数μ_i、s_ui、s_bu1、s_bu2、s_b、η、η₁、η₂的取值。

由于预应力管桩承载性状分析方法中的相关参数μ_i、s_ui、s_bu1、s_bu2、s_b、η、η₁、η₂是与桩侧和桩端土层的性质有关，在具体应用时，该系数的取值需积累一些地区性经验。为了确定以上参数的合理取值范围，在各个地区首次使用该方法时，可通过运用光纤测试预应力管桩在各级荷载下摩阻力和端阻力分布规律和分配比例，各地层摩阻力发挥状态、桩端沉降和桩身总压缩变形量，并将测试结果与预应力管桩承载力分析方法分析结果进行对比，根据对比结果，调整预应力管桩承载力性状分析方法中的相关参数μ_i、s_ui、s_bu1、s_bu2、s_b、η、η₁、η₂，并确定该地区相关参数μ_i、s_ui、s_bu1、s_bu2、s_b、η、η₁、η₂的合理取值范围。地区相关参数确定后，便可使用该方法更准确地分析预应力管桩的承载性状。

在一种可能实施的方式中，根据比较结果调整参数μ_i、s_ui、s_bu1、s_bu2、s_b、η、η₁、η₂的取值，具体的调整方法如下：

(1)将各土层的μ_i、s_ui按照一般的取值范围输入程序进行计算，在各级荷载作用下，将程序桩侧阻力计算结果与光纤测试结果对比，并不断调整μ_i、s_ui值，直到计算结果与测试结果较为吻合，可将此时的桩侧土弹簧折减系数、桩侧阻力达到桩侧第一阶段极限阻力时桩土之间的相对位移值作为该区域的计算参数μ_i、s_ui；

(2)进行桩基承载力破坏试验，绘制Q-S曲线，从曲线出现明显转折点的起始点对应的荷载值，在此荷载值作用下光纤测得桩端位移，从而根据测得的结果确定该区域的计算参数s_bu1、s_bu2、s_b。

(3)根据曲线出现明显陡降的起始点对应于光纤测得的桩端荷载值及陡降的终点对应于光纤测得的桩端荷载值，将程序桩端阻力计算结果与光纤测试结果对比，并不断调整η、η₁、η₂值，直到计算结果与测试结果较为吻合，可将此时的η、η₁、η₂作为该区域对应的计算参数；

(4)在同一地区选取数根管桩进行以上相同测试，求出相应的参数，并取各参数的平均值作为该地区的计算参数μ_i、s_ui、s_bu1、s_bu2、s_b、η、η₁、η₂。

本实施例将光纤测试结果与待分析管桩承载力性状分析结果进行比较，根据比较结果调整相关参数的取值，有益于提高管桩承载力分析的精度。

如图2所示，本发明实施例的另一方面提供了基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析系统，该系统可参考上述承载力分析方法进行构建。该系统包括：基础数据库构建模块1、大数据分析模块2、模型建立模块3、承载力智能分析模块4。

其中，基础数据库构建模块1，用于获取海量的高应变测试数据，提取所述高应变测试数据中的力学参数，构建基础数据库，其中所述高应变测试数据为对以往对各管桩进行高应变测试而产生的测试数据，所述力学参数包括各管桩的桩侧阻力、桩端阻力、桩端位移；

大数据分析模块2，用于利用大数据分析技术，对基础数据库中的力学参数按照管桩所属土层类型进行分类统计和计算，得到各类型土层对应的标准力学参数，所述标准力学参数包括标准桩侧阻力、标准桩端阻力、标准桩端位移；

模型建立模块3，用于利用有限元分析将待分析管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的管桩单元；

承载力智能分析模块4，用于构建各管桩单元的桩侧荷载传递函数，根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数；还用于根据构建的桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数计算出桩侧阻力和桩端阻力，将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果绘制待分析管桩的Q-S曲线，并根据Q-S曲线特征确定所述待分析管桩的极限承载力，输出待分析管桩承载力性状分析结果。

本发明实施例的系统基于大数据分析技术对基础数据库中的数据进行计算、分析和挖掘，以获取各类型土层对应的标准力学参数，将标准力学参数应用于实际的管桩承载力计算，提高了管桩承载力分析的效率和精度；基于有限元数值方法的基础上，可方便解决非线性问题、易于处理非均质材料，具有一定的实际应用价值，可作为研究预应力管桩承载性状的理论依据；可以得出Q-S曲线、桩侧阻力、桩端阻力和桩端位移等计算结果，有利用后续对预应力管桩承载力机理的研究。

管桩按混凝土强度等级和壁厚分为预应力混凝土管桩、预应力混凝土薄壁管桩和预应力高强混凝土管桩。本发明的管桩竖向承载力分析方法及系统适用于上述任一管桩类型，需要说明的是，本发明的管桩竖向承载力分析方法及系统同样可以适用于其他桩的承载力分析。

本发明上述方法中的步骤可根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，其特征是，包括以下步骤：

获取海量的高应变测试数据，提取所述高应变测试数据中的力学参数，构建基础数据库，其中所述高应变测试数据为对以往对各管桩进行高应变测试而产生的测试数据，所述力学参数包括各管桩的桩侧阻力、桩端阻力、桩端位移；

利用大数据分析技术，对基础数据库中的力学参数按照管桩所属土层类型进行分类统计和计算，得到各类型土层对应的标准力学参数，所述标准力学参数包括标准桩侧阻力、标准桩端阻力、标准桩端位移；

利用有限元分析将待分析管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的管桩单元；

构建各管桩单元的桩侧荷载传递函数；

根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数；

根据构建的桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数计算出桩侧阻力和桩端阻力，将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果绘制待分析管桩的Q-S曲线，并根据Q-S曲线特征确定所述待分析管桩的极限承载力，输出待分析管桩承载力性状分析结果；

根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数，包括：

当桩端所属土层为软土层时，按照下列公式构建桩端荷载传递函数：

当桩端所属土层为硬土层时，按照下列公式构建桩端荷载传递函数：

式中，s_b表示桩端位移，f(s_b)表示桩端阻力；s_bu为桩端极限位移，η为桩端弹簧折减系数；η₁为桩端第一阶段后弹簧折减系数，η₂为桩端第二阶段后弹簧折减系数，s_bu1为桩端第一阶段极限位移，s_bu2为桩端第二阶段极限位移；k为桩端弹簧系数，k＝R_c/s_c，其中R_c为桩端所属土层对应的标准桩端阻力，s_c为桩端所属土层对应的标准桩端位移。

2.根据权利要求1所述的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，其特征是，所述η的取值范围为[0.2,0.4]，所述η₁的取值范围为[0.4,0.8]，所述η₂的取值范围为[0.2,0.4]。

3.根据权利要求1所述的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，其特征是，所述待分析管桩为预应力管桩时，s_bu1的取值范围设定为1.0％～1.5％d，s_bu2的取值范围设定为1.5％～2.0％d，s_b达到2.0％～2.5％d时桩端阻力充分激发，其中d为待分析管桩的直径。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，其特征是，对于第i个管桩单元，提取该第i个管桩单元所属土层对应的标准桩侧阻力作为所述第i个管桩单元的桩侧第一阶段极限阻力，其桩侧荷载传递函数为：

式中，s_i为所述第i个管桩单元桩土之间的相对位移，f(s_i)为桩侧阻力，c_i表示所述第i个管桩单元桩侧土弹簧系数，c_i＝f_ui/s_ui，其中f_ui为所述第i个管桩单元的桩侧第一阶段极限阻力；s_ui为所述第i个管桩单元的桩侧阻力达到桩侧第一阶段极限阻力时桩土之间的相对位移值，μ_i为所述第i个管桩单元的桩侧土弹簧折减系数。

5.根据权利要求4所述的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，其特征是，所述s_ui的取值范围根据土层的类型进行设定，具体为：

土层为填土时设定为7～10mm，土层为淤泥质粘土时设定为7～12mm，土层为粘性土时设定为6～10mm，土层为粉土时设定为6～10mm，土层为砂土时设定为5～9mm，土层为风化岩土时设定为3～7mm。

6.根据权利要求4所述的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，其特征是，所述μ_i的取值范围为[0.1,0.2]。

7.根据权利要求4所述的基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法，其特征是，还包括以下步骤：

选择有代表性的土层预设所述待分析管桩，并在所述待分析管桩中埋设光纤，进行桩基承载力破坏试验，输出光纤测试结果；

将所述光纤测试结果与所述待分析管桩承载力性状分析结果进行比较，根据比较结果调整参数μ_i、s_ui、s_bu1、s_bu2、s_b、η、η₁、η₂的取值。

8.基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析系统，其特征是，该系统包括：

基础数据库构建模块，用于获取海量的高应变测试数据，提取所述高应变测试数据中的力学参数，构建基础数据库，其中所述高应变测试数据为对以往对各管桩进行高应变测试而产生的测试数据，所述力学参数包括各管桩的桩侧阻力、桩端阻力、桩端位移；

大数据分析模块，用于利用大数据分析技术，对基础数据库中的力学参数按照管桩所属土层类型进行分类统计和计算，得到各类型土层对应的标准力学参数，所述标准力学参数包括标准桩侧阻力、标准桩端阻力、标准桩端位移；

模型建立模块，用于利用有限元分析将待分析管桩沿长度方向划分为N个长为L_i、直径为d的管桩单元；

承载力智能分析模块，用于构建各管桩单元的桩侧荷载传递函数，根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数；还用于根据构建的桩侧荷载传递函数和桩端荷载传递函数计算出桩侧阻力和桩端阻力，将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果绘制待分析管桩的Q-S曲线，并根据Q-S曲线特征确定所述待分析管桩的极限承载力，输出待分析管桩承载力性状分析结果；

根据所述待分析管桩的桩端所属土层的坚硬程度构建桩端荷载传递函数，包括：

当桩端所属土层为软土层时，按照下列公式构建桩端荷载传递函数：

当桩端所属土层为硬土层时，按照下列公式构建桩端荷载传递函数：

式中，s_b表示桩端位移，f(s_b)表示桩端阻力；s_bu为桩端极限位移，η为桩端弹簧折减系数；η₁为桩端第一阶段后弹簧折减系数，η₂为桩端第二阶段后弹簧折减系数，s_bu1为桩端第一阶段极限位移，s_bu2为桩端第二阶段极限位移；k为桩端弹簧系数，k＝R_c/s_c，其中R_c为桩端所属土层对应的标准桩端阻力，s_c为桩端所属土层对应的标准桩端位移。