CN114781035A - 地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

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CN114781035A CN202210457759.7A CN202210457759A CN114781035A CN 114781035 A CN114781035 A CN 114781035A CN 202210457759 A CN202210457759 A CN 202210457759A CN 114781035 A CN114781035 A CN 114781035A
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刘大虎
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Abstract

本发明一般地涉及地基加固技术领域，特别是一种地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质。所述方法包括：获取目标土体本构关系的基本参数并确定目标土体的初始应力和最终应力，基本参数包括：初始孔隙比、压缩指数、初始渗透系数、渗透系数常量；根据所述基本参数以及土体的初始应力和最终应力计算得到原始平均固结系数；根据初始应力、最终应力、压缩指数和渗透系数常量确定修正系数；利用修正系数对原始平均固结系数进行修正，得到修正后的固结系数；根据修正后的固结系数确定地基固结度。本发明基于修正系数对固结系数进行修正，从而将实验值与数字模拟值误差减少，更加真实地反映土体固结度。

Description

地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质
技术领域
本发明一般地涉及地基加固技术领域，特别是一种地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质。
背景技术
对于粘土地基的岩土工程设计，太沙基一维固结算法形式简单、参数物理意义明确，该算法被广泛用于计算地基固结度，且被我国建筑地基和吹填土地基处理规范采用。一维固结理论的基本假设为：1.土是均质、各向同性和完全饱和的；2.土粒和孔隙水都是不可压缩的；3.土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和土中水的渗流都是竖向的；4.土中水的渗流服从于达西定律；5.在渗透固结中，土的渗透系数k和压缩系数a都是不变的常数；6.外荷是一次骤然施加的，在固结过程中保持不变；7.土体的变形完全是孔隙水压力消散引起的。
因此，基于一维固结理论，在给定的几何条件下，当所考虑的区域在整个固结过程中都是均匀、统一变化时，土体的固结速率将只由固结系数决定，且固结系数保持不变。
然而，黏土具有较高的压缩性。在固结过程中，随着固结时间增加，实际固结过程中土体并非整体性、均匀性固结，土体的固结整体性很差：排水边界土体优先固结、远端土体固结较慢。经典理论不能反映这一真实情况，过高估计了土体真实固结度，导致采用固定的固结系数计算得到的并地基固结度并不准确，而且还直接影响地基平均固结速率，影响工期设计、固结效果。
综上，现有的地基固结度的计算并不准确。
发明内容
本发明提供了一种地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质，用于解决现有地基固结度计算不准确问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种地基固结度计算方法，该识别方法包括：
1)获取目标土体本构关系的基本参数并确定目标土体的初始应力和最终应力，基本参数包括：初始孔隙比、压缩指数、初始渗透系数、渗透系数常量；
2)根据所述基本参数以及土体的初始应力和最终应力计算得到原始平均固结系数；
3)根据初始应力、最终应力、压缩指数和渗透系数常量确定修正系数；
4)利用所述修正系数对所述原始平均固结系数进行修正，得到修正后的固结系数；
5)根据修正后的固结系数确定地基固结度。
根据本发明的第二方面，提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的地基固结度计算方法。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的地基固结度计算方法。
进一步地，上述地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质中，修正系数的计算过程为：
Figure BDA0003619391760000031
其中，η为修正系数；Cc为压缩指数、Cp为渗透系数常量、σchu为初始应力；σzhong为最终应力。
进一步地，上述地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质中，修正后的固结系数为：cvm＝ηcv；其中，cvm为修正后的固结系数；cv为原始平均固结系数；η为修正系数。
进一步地，上述地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质中，所述步骤2)中，根据初始应力、最终应力、初始孔隙比以及压缩指数得到土体平均孔隙比；根据土体平均孔隙比、初始孔隙比、初始渗透系数以及渗透系数常量得到平均渗透系数；根据平均渗透系数、土体平均孔隙比、初始应力、最终应力、压缩指数计算得到原始平均固结系数。
进一步地，上述地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质中，土体平均孔隙比的计算过程为：
Figure BDA0003619391760000032
其中，eping为土体平均孔隙比；σchu为初始应力、σzhong为最终应力、echu为初始孔隙比；Cc为压缩指数。
进一步地，上述地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质中，平均渗透系数的计算过程为：
Figure BDA0003619391760000033
其中，kping为平均渗透系数；eping为土体平均孔隙比、echu为初始孔隙比、kchu为初始渗透系数；Cp为渗透系数常量。
进一步地，上述地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质中，原始平均固结系数的计算过程为：
Figure BDA0003619391760000041
其中，cv为原始平均固结系数；kping为平均渗透系数；eping为土体平均孔隙比；σchu为初始应力；σzhong为最终应力；Cc为压缩指数；γω为水的重度。
进一步地，上述地基固结度计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质中，地基固结度的计算过程为：
Figure BDA0003619391760000042
其中，Um为地基固结度；cvm为修正后的固结系数；Tv为时间因子，t为固结时间，D为固结单元体直径。
本发明地基固结度计算方法通过目标土体的基本参数和初始应力、最终应力得到了修正系数，进而基于修正系数对固结系数进行修正，从而将实验值与数字模拟值误差减少，更加真实地反映土体固结度。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是本发明地基固结度计算方法的流程图；
图2是本发明效果对比图；
图3是本发明计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当本发明的权利要求、说明书及附图使用术语“第一”、“第二”等时，其仅是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
地基固结度计算方法实施例：
对于一维固结问题，在固结过程中，固结度是不均匀的，特别是在整合的早期阶段。这种非均匀固结现象对固结率有相当大的影响，但现有的分析理论没有考虑到它。因此本发明的主要构思在于，针对这种现象，通过模型检验和有限元分析(FEAs)，研究了一维条件下不均匀固结对平均固结的影响。基于有限元分析的结果，提出了一种将非均匀巩固的影响纳入太沙基的一维理论巩固分析的方法。利用该方法评价的修正固结系数，太沙基的一维固结理论可以很好地模拟模型试验的平均固结度。
具体地，本发明的简支桥梁的损伤识别方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101，获取目标土体本构关系的基本参数，基本参数包括：土体的初始孔隙比echu、压缩指数Cc、初始渗透系数kchu、渗透系数常量Cp。
本发明中，通过标准土工试验确定目标土体本构关系的基本参数。标准土工试验包括：室内固结实验和渗透试验等。标准土工试验属于现有技术，这里不做过多介绍。
在一个具体应用场景中，目标土体本构关系基本参数为：初始孔隙比echu＝2.5、压缩指数Cc＝0.702、初始渗透系数kchu＝7.5×10-3m/day、渗透系数常量Cp＝1.0。
步骤S102，确定目标土体的载荷条件，目标土体的载荷条件包括土体的初始应力σchu和最终应力σzhong。
本发明中，通过调查地质勘查报告和工程设计方案确定目标土体的荷载条件，土体的初始应力和最终应力满足目标土体的载荷条件：
σzhong＝σchu+Δσ；
其中，σchu为初始应力；σzhong为最终应力；Δσ为荷载增量。
在一个具体应用场景中，目标土体的载荷条件包括：σchu＝10kPa，Δσ＝100kPa，σzhong＝σchu+Δσ＝110kPa。
步骤S103，根据初始应力σchu、最终应力σzhong、初始孔隙比echu以及压缩指数Cc得到土体平均孔隙比eping。
土体平均孔隙比的计算过程如下：
Figure BDA0003619391760000061
步骤S104，根据土体平均孔隙比eping、初始孔隙比echu、初始渗透系数kchu以及渗透系数常量Cp得到平均渗透系数kping。
平均渗透系数的计算过程如下：
Figure BDA0003619391760000062
步骤S105，根据平均渗透系数kping、土体平均孔隙比eping、初始应力σchu、最终应力σzhong、压缩指数Cc计算得到原始平均固结系数cv。
原始平均固结系数的计算过程为：
Figure BDA0003619391760000071
其中，γω为水的重度，10kN/m3。
步骤S106，根据压缩指数Cc、渗透系数常量Cp、初始应力σchu和最终应力σzhong，基于有限元分析方法确定修正系数η。
修正系数的计算过程为：
Figure BDA0003619391760000072
步骤S107，根据步骤S106得到的修正系数η对步骤S105得到的原始平均固结系数cv进行修正，得到修正后的固结系数cvm。
修正后的固结系数的计算过程为：
cvm＝ηcv。
步骤S108，根据修正后的固结系数cvm，计算地基固结度Um。
Figure BDA0003619391760000073
Figure BDA0003619391760000074
其中，Tv为时间因子，t为固结时间，D为固结单元体直径。
为了验证本发明的有效性，进行了对比实验，得到的对比结果如图2所示，图2展示了常规太沙基一维固结算法，本发明改进后的太沙基一维固结算法和有限元模拟方法计算出的固结度。图2中以时间(Time)为横坐标，土体的固结程度(Average DOC)为纵坐标，本发明改进后的太沙基算法计算出的固结度以实线标记(Back-fittde-2)，有限元模拟的方法计算出的固结度以虚线标记(FEA)，太沙基一维固结理论计算出的固结度以长短线标记。对比发现，本发明与数值模拟的结果是非常接近的，也说明该计算方法的计算精度很高。
本发明通过对固结系数进行修正，从而将实验值与数字模拟值误差减少，因此更加真实地反映土体固结度。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种计算机设备，图3为本发明提供的一种计算机设备的结构示意图。如图3所示，该实施例的终端设备包括：至少一个处理器(图3中仅示出一个)、存储器以及存储在存储器中并可在至少一个处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述地基固结度计算方法实施例中的步骤。
该计算机设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是计算机设备的举例，并不构成对计算机设备的限定，计算机设备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，例如还可以包括网络接口、显示屏和输入装置等。
所称处理器可以是CPU，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器包括可读存储介质、内存储器等，其中，内存储器可以是计算机设备的内存，内存储器为可读存储介质中的操作系统和计算机可读指令的运行提供环境。可读存储介质可以是计算机设备的硬盘，在另一些实施例中也可以是计算机设备的外部存储设备，例如，计算机设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(bootloader)、数据以及其他程序等。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
根据本申请的又一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的地基固结度计算方法。
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，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。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。

Claims (10)

1.一种地基固结度计算方法，其特征在于，该识别方法包括：
1)获取目标土体本构关系的基本参数并确定目标土体的初始应力和最终应力，基本参数包括：初始孔隙比、压缩指数、初始渗透系数、渗透系数常量；
2)根据所述基本参数以及土体的初始应力和最终应力计算得到原始平均固结系数；
3)根据初始应力、最终应力、压缩指数和渗透系数常量确定修正系数；
4)利用所述修正系数对所述原始平均固结系数进行修正，得到修正后的固结系数；
5)根据修正后的固结系数确定地基固结度。
2.根据权利要求1所述的地基固结度计算方法，其特征在于，所述修正系数的计算过程为：
Figure FDA0003619391750000011
其中，η为修正系数；Cc为压缩指数、Cp为渗透系数常量、σchu为初始应力；σzhong为最终应力。
3.根据权利要求2所述的地基固结度计算方法，其特征在于，所述修正后的固结系数为：
cvm＝ηcv；
其中，cvm为修正后的固结系数；cv为原始平均固结系数；η为修正系数。
4.根据权利要求1所述的地基固结度计算方法，其特征在于，所述步骤2)包括：
根据初始应力、最终应力、初始孔隙比以及压缩指数得到土体平均孔隙比；根据土体平均孔隙比、初始孔隙比、初始渗透系数以及渗透系数常量得到平均渗透系数；根据平均渗透系数、土体平均孔隙比、初始应力、最终应力、压缩指数计算得到原始平均固结系数。
5.根据权利要求4所述的地基固结度计算方法，其特征在于，所述土体平均孔隙比的计算过程为：
Figure FDA0003619391750000021
其中，eping为土体平均孔隙比；σchu为初始应力、σzhong为最终应力、echu为初始孔隙比；Cc为压缩指数。
6.根据权利要求4所述的地基固结度计算方法，其特征在于，所述平均渗透系数的计算过程为：
Figure FDA0003619391750000022
其中，kping为平均渗透系数；eping为土体平均孔隙比、echu为初始孔隙比、kchu为初始渗透系数；Cp为渗透系数常量。
7.根据权利要求4所述的地基固结度计算方法，其特征在于，所述原始平均固结系数的计算过程为：
Figure FDA0003619391750000023
其中，cv为原始平均固结系数；kping为平均渗透系数；eping为土体平均孔隙比；σchu为初始应力；σzhong为最终应力；Cc为压缩指数；γω为水的重度。
8.根据权利要求1所述的地基固结度计算方法，其特征在于，所述地基固结度的计算过程为：
Figure FDA0003619391750000024
Figure FDA0003619391750000025
其中，Um为地基固结度；cvm为修正后的固结系数；Tv为时间因子，t为固结时间，D为固结单元体直径。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述的地基固结度计算方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的地基固结度计算方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115496758A (zh) * 2022-11-17 2022-12-20 海南浙江大学研究院 一种膨润土渗透系数的计算预测方法、装置及系统

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