專利名稱：一種原位靜力觸探試驗確定土體強(qiáng)度參數(shù)的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土方面原位靜力觸探試驗確定土體強(qiáng)度參數(shù)分析方法的技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
靜力觸探是用靜力將探頭按一定速率勻速壓入土中，連續(xù)量測其貫入阻力(錐頭 阻力、側(cè)壁摩阻力)。靜力觸探是一種簡單、準(zhǔn)確、快速和經(jīng)濟(jì)的巖土工程原位測試方法?？?用于①劃分土層，判定土層類別，查明軟、硬夾層及土層在水平和垂直方向的均勻性；② 評價地基土的工程特性(容許承載力、壓縮性質(zhì)、不排水抗剪強(qiáng)度、水平向固結(jié)系數(shù)、飽和砂 土液化勢、砂土密實度等)；③探尋和確定樁基持力層，預(yù)估打入樁沉樁可能性和單樁承載 力；④檢驗人工填土的密實度及地基加固效果。土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。工 程中的基坑支護(hù)設(shè)計、地基承載力、土坡穩(wěn)定等問題都與土的抗剪強(qiáng)度直接相關(guān)。土的強(qiáng)度 參數(shù)(粘聚力和內(nèi)摩擦角)是和土的強(qiáng)度有關(guān)工程問題的重要參數(shù)。靜力觸探試驗測試貫入過程中貫入阻力(錐頭阻力、側(cè)壁摩阻力)，不能直接提供 土的強(qiáng)度參數(shù)。研究者根據(jù)室內(nèi)土的強(qiáng)度試驗和現(xiàn)場靜力觸探試驗對比資料，建立了相關(guān) 經(jīng)驗關(guān)系，例如可以用靜力觸探的探頭阻力查表確定砂土的密度、變形模量、內(nèi)摩擦角、粉 質(zhì)土和黏性土的液性指數(shù)、黏土和粉質(zhì)黏土的變形模量、黏聚力和內(nèi)摩擦角。但是上述方法 主要為地區(qū)性經(jīng)驗公式，貫入機(jī)理不清，應(yīng)用不夠廣泛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種比較切合實際的模擬靜力觸探試驗中探頭的貫入過程， 誤差小，得到的強(qiáng)度參數(shù)準(zhǔn)確、可靠的原位靜力觸探試驗確定土體強(qiáng)度參數(shù)的分析方法。一種原位靜力觸探試驗確定土體強(qiáng)度參數(shù)的分析方法，包括如下步驟
第一步首先建立靜力觸探試驗數(shù)值分析模型，其中土的本構(gòu)采用摩爾庫倫模型，探頭 采用彈性模型，有限元幾何模型采用大變形模型；
第二步對第一步得到的靜力觸探試驗數(shù)值計算貫入阻力與實測貫入阻力的最小誤差 函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，所述貫入阻力包括側(cè)摩阻力和端阻力；
第三步應(yīng)用非線性最優(yōu)化算法對第二步的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，把數(shù)值計算和非線性 最優(yōu)化反演方法相結(jié)合，通過反復(fù)迭代使其快速收斂到全局最優(yōu)解；
第四步從而確定待定土的強(qiáng)度參數(shù)的最優(yōu)值，建立實測貫入阻力和巖土體強(qiáng)度參數(shù) 之間的對應(yīng)關(guān)系，所述巖土體強(qiáng)度參數(shù)為粘聚力和內(nèi)摩擦角。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點利用反演的強(qiáng)度參數(shù) 預(yù)測的貫入阻力與實測的貫入阻力吻合較好，誤差小，說明該方法可以很好的模擬靜力觸探試驗中探頭的貫入過程，得到的強(qiáng)度參數(shù)準(zhǔn)確、可靠，解決了靜力觸探試驗不能直接得到 土的強(qiáng)度參數(shù)難題。
具體實施例方式
本發(fā)明的原位靜力觸探試驗確定土體強(qiáng)度參數(shù)的分析方法，包括如下步驟
第一步首先建立靜力觸探試驗數(shù)值分析模型，其中土的本構(gòu)采用摩爾庫倫模型，探頭 采用彈性模型，有限元幾何模型采用大變形模型；
第二步對第一步得到的靜力觸探試驗數(shù)值計算貫入阻力與實測貫入阻力的最小誤差 函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，所述貫入阻力包括側(cè)摩阻力和端阻力；
第三步應(yīng)用非線性最優(yōu)化算法對第二步的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，把數(shù)值計算和非線性 最優(yōu)化反演方法相結(jié)合，通過反復(fù)迭代使其快速收斂到全局最優(yōu)解；
第四步從而確定待定土的強(qiáng)度參數(shù)的最優(yōu)值，建立實測貫入阻力和巖土體強(qiáng)度參數(shù) 之間的對應(yīng)關(guān)系，所述巖土體強(qiáng)度參數(shù)為粘聚力和內(nèi)摩擦角。
權(quán)利要求
1. 一種原位靜力觸探試驗確定土體強(qiáng)度參數(shù)的分析方法，其特征在于包括如下步驟 第一步首先建立靜力觸探試驗數(shù)值分析模型，其中土的本構(gòu)采用摩爾庫倫模型，探頭 采用彈性模型，有限元幾何模型采用大變形模型；第二步對第一步得到的靜力觸探試驗數(shù)值計算貫入阻力與實測貫入阻力的最小誤差 函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，所述貫入阻力包括側(cè)摩阻力和端阻力；第三步應(yīng)用非線性最優(yōu)化算法對第二步的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，把數(shù)值計算和非線性 最優(yōu)化反演方法相結(jié)合，通過反復(fù)迭代使其快速收斂到全局最優(yōu)解；第四步從而確定待定土的強(qiáng)度參數(shù)的最優(yōu)值，建立實測貫入阻力和巖土體強(qiáng)度參數(shù) 之間的對應(yīng)關(guān)系，所述巖土體強(qiáng)度參數(shù)為粘聚力和內(nèi)摩擦角。
全文摘要
一種原位靜力觸探試驗確定土體強(qiáng)度參數(shù)的分析方法，涉及巖土方面原位靜力觸探試驗確定土體強(qiáng)度參數(shù)分析方法的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先建立靜力觸探試驗數(shù)值分析模型；靜力觸探試驗數(shù)值計算貫入阻力與實測貫入阻力的最小誤差函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，所述貫入阻力包括側(cè)摩阻力和端阻力；應(yīng)用非線性最優(yōu)化算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，把數(shù)值計算和非線性最優(yōu)化反演方法相結(jié)合，通過反復(fù)迭代使其快速收斂到全局最優(yōu)解；從而確定待定土的強(qiáng)度參數(shù)的最優(yōu)值，建立實測貫入阻力和巖土體強(qiáng)度參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，所述巖土體強(qiáng)度參數(shù)為粘聚力和內(nèi)摩擦角。本發(fā)明實現(xiàn)了比較切合實際的模擬靜力觸探試驗中探頭的貫入過程，誤差小，得到的強(qiáng)度參數(shù)準(zhǔn)確、可靠的目的。
文檔編號E02D1/00GK102061687SQ201010580609
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者劉松玉, 李仁民, 王強(qiáng), 童立元 申請人:東南大學(xué)