一种黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法及装置pdf

　　本发明提供了一种黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法及装置，通过计算获取黏土海床中目标土体的目标不排水抗剪强度分布函数，并基于滑移线理论，将目标不排水抗剪强度分布函数转化为固结后土体的应力特征线方程，再根据有限差分法进行方程求解，获得预载作用下的条形基础的固结承载力。本方发明能够快速、准确地计算条形基础的固结承载力，解决了土体固结导致地基承载力提高所造成固结承载力不准确的问题，提高了计算条形基础的固结承载力的准确性。

　　(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 114739831 A (43)申请公布日 2022.07.12 (21)申请号 0.7 (22)申请日 2022.03.22 (71)申请人 中国能源建设集团广东省电力设计 研究院有限公司 地址 510000 广东省广州市黄埔区广州科 学城天丰路1号 (72)发明人 刘博范永春李志坚廖晨聪 王洪庆 (74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限 公司 44202 专利代理师 何卿华 (51)Int.Cl. G01N 3/24 (2006.01) 权利要求书3页 说明书13页 附图4页 (54)发明名称 一种黏土海床中条形基础的固结承载力预 测方法及装置 (57)摘要 本发明提供了一种黏土海床中条形基础的 固结承载力预测方法及装置，通过计算获取黏土 海床中目标土体的目标不排水抗剪强度分布函 数，并基于滑移线理论，将目标不排水抗剪强度 分布函数转化为固结后土体的应力特征线方程， 再根据有限差分法进行方程求解，获得预载作用 下的条形基础的固结承载力。本方发明能够快 速、准确地计算条形基础的固结承载力，解决了 土体固结导致地基承载力提高所造成固结承载 力不准确的问题，提高了计算条形基础的固结承 载力的准确性。 A 1 3 8 9 3 7 4 1 1 N C CN 114739831 A 权利要求书 1/3页 1.一种黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，包括： 对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土体的目标不排水抗剪强度分布函 数；其中，所述目标土体具体为：位于条形基础与上部结构下方的土体；以及所述目标不排 水抗剪强度分布函数为：根据第一不排水抗剪强度分布函数和孔压响应函数，结合固结黏 土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系计算获得； 根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，通过滑移线法进行计算，获得固结后土体的 应力特征线方程； 根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进行求解，获得预载作用下的条形 基础的固结承载力。 2.根据权利要求1所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，所 述对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土体的目标不排水抗剪强度分布函 数，具体为： 对黏土海床中的目标土体进行原位测试，获得所述目标土体的第一不排水抗剪强度分 布函数； 根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，获得所述目标土体的孔压响应 函数；其中，所述竖向荷载由结构自重和环境荷载所产生；以及所述孔压响应函数包括所有 所述目标土体中每个坐标位置对应的孔压响应； 根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响应函数，通过固结黏土层的不排 水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土体的第二不排水抗剪强度分布函 数；其中，所述竖向有效应力根据所述孔压响应函数计算所得；以及所述第二不排水抗剪强 度分布函数为所述目标不排水抗剪强度分布函数。 3.根据权利要求2所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，所 述根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，获得所述目标土体的孔压响应函 数，具体为： 根据条形基础的自重、上部结构的自重和环境荷载，获得竖向荷载； 根据所述竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，计算获得条形均布荷载作用下的 目标土体中的孔压响应函数，计算公式为： 其中，Δu 为孔压响应函数，V 为竖向荷载，B为基础宽度，土中任意一点的坐标表示为 w p (x,z)，x为计算点离均布荷载左边缘的水平距离，z为计算点离荷载左边缘的竖向距离。 4.根据权利要求2所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，所 述根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响应函数，通过固结黏土层的不排水 抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土体的第二不排水抗剪强度分布函 数，具体为： 根据所述孔压响应函数，计算获得竖向有效应力函数； 通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算固结黏土层不排水抗 剪强度函数，具体公式为： 2 2 CN 114739831 A 权利要求书 2/3页 其中，S 为固结黏土层不排水抗剪强度，σ′为竖向有效应力； 为有效内摩擦角，K和λ u v 的比值约为0.2， 且当有效内摩擦角确定时，S和σ′的比值为常数R，具 u v 体公式为： 将所述第一不排水抗剪强度分布函数与所述固结黏土层不排水抗剪强度函数进行预 设的加权计算，获得目标土体的第二不排水抗剪强度分布函数。 5.根据权利要求2所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，所 述根据目标不排水抗剪强度分布函数，通过滑移线法进行计算，获得固结后土体的应力特 征线方程，具体为： 根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，获得x方向的正应力方程、z方向的正应力方 程和平面内的剪应力方程； 根据所述x方向的正应力方程、z方向的正应力方程和平面内的剪应力方程，代入所述 滑移线法中预设的平衡方程，求得所述固结后土体的应力特征线方程；其中，所述固结后土 体的应力特征线方程包括：α线的应力特征线方程和β线所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，所 述根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进行求解，具体为： 根据已知点参数的形式和已知点的固结后土体的不排水抗剪强度，将所述固结后土体 的应力特征线方程转化为有限差分方程；其中，所述已知点参数的形式包括：x坐标、z坐标、 特征应力、以及大主应力方向与Z轴的夹角； 在每一次第二已知点参数的计算中，将上一次计算所获得的第二已知点参数，加入到 第一已知点参数集中，并在更新后的第一已知点参数集中，选取未同时代入方程计算的两 个点参数，代入有限差分方程中，进行第二已知点参数的计算；其中，所述第一已知点参数 集在迭代开始前，已包含两个已知点参数； 比较每次计算获得的第二已知点参数与上一次计算获得的第二已知点参数，当满足预 设的条件时，停止迭代，获得第二已知点参数集；当不满足预设的条件时，继续进行迭代。 7.根据权利要求6所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，所 述获得预载作用下的条形基础的固结承载力，具体为：根据获得的第二已知点参数集，滑移 线网络上每一点的x坐标、每一点的z坐标、每一点的特征应力、以及每一点的大主应力方向 与Z轴的夹角，从而获得条形基础的固结承载力。 8.根据权利要求6所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，将 有限差分方程离散化，并通过数值程序的形式，进行第二已知点参数的迭代计算。 9.根据权利要求2所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法，其特征在于，在 所述获得预载作用后的条形基础的固结承载力之后，还包括：根据所述预载作用后的条形 基础的固结承载力，重新调整第一条形基础的设计参数，获得新的竖向荷载，并根据所述新 3 3 CN 114739831 A 权利要求书 3/3页 的竖向荷载，进行固结承载力的计算，从而根据重新计算后的固结承载力获得第二条形基 础的设计参数；其中，所述第二条形基础的设计参数趋于稳定值。 10.一种黏土海床中条形基础的固结承载力预测装置，其特征在于，包括：第一计算模 块、第二计算模块和第三计算模块； 所述第一计算模块，用于对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土体的目 标不排水抗剪强度分布函数；其中，所述目标土体具体为：位于条形基础与上部结构下方的 土体；以及所述目标不排水抗剪强度分布函数为：根据第一不排水抗剪强度分布函数和孔 压响应函数，结合固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系计算获得； 所述第二计算模块，用于根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，通过滑移线法进行 计算，获得固结后土体的应力特征线方程； 所述第三计算模块，根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进行求解，获得 预载作用下的条形基础的固结承载力。 4 4 CN 114739831 A 说明书 1/13页 一种黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法及装置 技术领域 [0001] 本发明涉及工程地质领域，尤其涉及一种黏土海床中条形基础固结承载力的预测 方法及装置。 背景技术 [0002] 由于我国近海区域主要为软黏土海床，对于这种类型的海床进行能源开发时，一 般采用浅基础来进行施工，从而减少施工成本。当浅基础长宽比L/B较大时，可将其视作条 形基础进行分析。现阶段，对条形基础承载力的评估主要基于土体的原位应力状态，考虑的 是条形基础的未固结不排水承载力Vuu(以下简称未固结承载力)，但在条形基础投入使用 的过程中，海床会受到预载作用(一般为基础和上部结构自重产生的竖向荷载)并发生固结 效应，导致土体强度提高，地基承载力显著增大，此时的地基承载力可称为条形基础的固结 不排水承载力Vcu(以下简称固结承载力)。尤其是在海洋环境下，继续沿用陆上环境的基于 基础未固结承载力的设计规范，而不考虑海床的固结效应，将导致估算的条形基础承载力 过于保守，造成施工成本的浪费。因此，针对黏土海床中使用的条形基础，有必要对期固结 承载力进行研究。 [0003] 现有技术中，由韩冬冬在《岩土力学》中发表的“条形粗糙基础极限承载力求解与 误差分析”一文中，利用滑移线法和有限差分法，计算了粗糙条形基础的极限承载力，探讨 了土体粘聚力、内摩擦角和重度的共同作用，并给出了Nγ的拟合公式。但是，现有技术大多 数聚焦于条形基础的未固结承载力，对于固结承载力的研究也主要基于有限元方法，对于 不同工况需分别建模进行分析，过程较为繁琐。 [0004] 因此，亟需一种条形基础的固结承载力的预测策略，来解决现有技术未考虑土体 固结所导致的地基承载力提高，而造成条形基础施工浪费的问题。 发明内容 [0005] 本发明实施例提供一种黏土海床中条形基础固结承载力的预测方法及装置，以提 高条形基础的固结承载力的计算准确度。 [0006] 为了解决上述问题，本发明一实施例提供一种黏土海床中条形基础固结承载力的 预测方法，包括： [0007] 对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土体的目标不排水抗剪强度分 布函数；其中，所述目标土体具体为：位于条形基础与上部结构下方的土体；以及所述目标 不排水抗剪强度分布函数，具体为：根据第一不排水抗剪强度分布函数和孔压响应函数，结 合固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系计算获得； [0008] 根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，通过滑移线法进行计算，获得固结后土 体的应力特征线] 根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进行求解，获得预载作用下的 条形基础的固结承载力。 5 5 CN 114739831 A 说明书 2/13页 [0010] 由上可见，本发明具有如下有益效果： [0011] 本发明提供了一种黏土海床中条形基础固结承载力的预测方法，通过计算获取黏 土海床中目标土体的目标不排水抗剪强度分布函数，并基于滑移线理论，将目标不排水抗 剪强度分布函数转化为固结后土体的应力特征线方程，再根据有限差分法进行方程求解， 获得预载作用下的条形基础的固结承载力。本方发明能够快速、准确地计算条形基础的固 结承载力，解决了土体固结导致地基承载力提高所造成固结承载力不准确的问题，提高了 计算条形基础的固结承载力的准确性。 [0012] 作为上述方案的改进，所述对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土 体的目标不排水抗剪强度分布函数，具体为：对黏土海床中的目标土体进行原位测试，获得 所述目标土体的第一不排水抗剪强度分布函数；根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分 布计算公式，获得所述目标土体的孔压响应函数；其中，所述竖向荷载由结构自重和环境荷 载所产生；以及所述孔压响应函数包括所有所述目标土体中每个坐标位置对应的孔压响 应；根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响应函数，通过固结黏土层的不排 水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土体的第二不排水抗剪强度分布函 数；其中，所述竖向有效应力根据所述孔压响应函数计算所得；以及所述第二不排水抗剪强 度分布函数为所述目标不排水抗剪强度分布函数；通过对黏土海床的目标土体进行原位测 试，获得目标土体的初始不排水抗剪强度分布函数；同时，通过预设的竖向荷载，进行孔压 响应函数的求解，最后根据固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，求得目 标土体固结后的不排水抗剪强度分布函数。通过模拟条形基础荷载的情况，求得最准确的 目标土体的目标不排水抗剪强度分布函数，为后面的步骤奠定了基础。 [0013] 作为上述方案的改进，所述根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式， 获得所述目标土体的孔压响应函数，具体为：根据条形基础的自重、上部结构的自重和环境 荷载，获得竖向荷载；根据所述竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，计算获得条形均 布荷载作用下的目标土体中的孔压响应函数，计算公式为： [0014] [0015] 其中，Δu 为孔压响应函数，V 为竖向荷载，B为基础宽度，土中任意一点的坐标表 w p 示为(x,z)，x为计算点离均布荷载左边缘的水平距离，z为计算点离荷载左边缘的竖向距 离；通过应力分布计算公式计算空压响应函数，能够提高目标土体的孔压响应函数的准确 率，从而更加贴近真实状态下的黏土海床负荷的情况。 [0016] 作为上述方案的改进，所述根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响 应函数，通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土 体的第二不排水抗剪强度分布函数，具体为：根据所述孔压响应函数，计算获得竖向有效应 力函数；通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算固结黏土层不排 水抗剪强度函数，具体公式为： [0017] 6 6 CN 114739831 A 说明书 3/13页 [0018] 其中，S 为固结黏土层不排水抗剪强度，σ′为竖向有效应力； 为有效内摩擦角，K u v 和λ的比值约为0.2， 且当有效内摩擦角确定时，S 和σ′的比值为常数 u v R，具体公式为： 将所述第一不排水抗剪强度分布函数与所述固结黏土层不排水抗 剪强度函数进行预设的加权计算，获得目标土体的第二不排水抗剪强度分布函数；通过孔 压函数推导出竖向有效应力函数，并根据 的关系进行固结黏土层不排水抗剪强度 函数的计算，最后结合第一不排水抗剪强度和固结黏土层不排水抗剪强度函数进行计算， 进一步提高了目标不排水抗剪强度分布函数的准确性。 [0019] 作为上述方案的改进，所述根据目标不排水抗剪强度分布函数，通过滑移线法进 行计算，获得固结后土体的应力特征线方程，具体为：根据所述目标不排水抗剪强度分布函 数，获得x方向的正应力方程、z方向的正应力方程和平面内的剪应力方程；根据所述x方向 的正应力方程、z方向的正应力方程和平面内的剪应力方程，代入所述滑移线法中预设的平 衡方程，求得所述固结后土体的应力特征线方程；其中，所述固结后土体的应力特征线方程 包括：α线的应力特征线方程和β线的应力特征线方程；通过滑移线法进行目标不排水抗剪 强度分布函数的转化，根据平衡方程，获得固结后土体的应力特征线方程，为目标土体中每 一点的计算奠定了基础。 [0020] 作为上述方案的改进，所述根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进 行求解，具体为：根据已知点参数的形式和已知点的固结后土体的不排水抗剪强度，将所述 固结后土体的应力特征线方程转化为有限差分方程；其中，所述已知点参数的形式包括：x 坐标、z坐标、特征应力、以及大主应力方向与Z轴的夹角；在每一次第二已知点参数的计算 中，将上一次计算所获得的第二已知点参数，加入到第一已知点参数集中，并在更新后的第 一已知点参数集中，选取未同时代入方程计算的两个点参数，代入有限差分方程中，进行第 二已知点参数的计算；其中，所述第一已知点参数集在迭代开始前，已包含两个已知点参 数；比较每次计算获得的第二已知点参数与上一次计算获得的第二已知点参数，当满足预 设的条件时，停止迭代，获得第二已知点参数集；当不满足预设的条件时，继续进行迭代；从 已知边界处开始，通过有限差分法，根据两个已知点的参数，对应力特征线方程进行迭代求 解，以获得目标土体中在滑移线网络上每一点的参数，能够快速地获得目标土体中未知点 参数的结果。 [0021] 作为上述方案的改进，所述获得预载作用下的条形基础的固结承载力，具体为：根 据获得的第二已知点参数集，滑移线网络上每一点的x坐标、每一点的z坐标、每一点的特征 应力、以及每一点的大主应力方向与Z轴的夹角，从而获得条形基础的固结承载力；根据获 取到的目标土体在滑移线网络上每一点的参数，能够获得条形基础的固结承载力，提高了 条形基础的固结承载力的准确性。 [0022] 作为上述方案的改进，将有限差分方程离散化，并通过数值程序的形式，进行第二 已知点参数的迭代计算；通过数值程序进行计算，能够加快有限差分法的求解速度，提高了 计算效率，同时也避免了人工计算所导致的错误。 7 7 CN 114739831 A 说明书 4/13页 [0023] 作为上述方案的改进，在所述获得预载作用后的条形基础的固结承载力之后，还 包括：据所述预载作用后的条形基础的固结承载力，重新调整第一条形基础的设计参数，获 得新的竖向荷载，并根据所述新的竖向荷载，进行固结承载力的计算，从而根据重新计算后 的固结承载力获得第二条形基础的设计参数；其中，所述第二条形基础的设计参数趋于稳 定值；根据获得固结承载力，调整条形基础的设计参数，并重新根据黏土海床中条形基础的 固结承载力预测方法进行固结承载力的计算，提高了参数计算的准确度，使得条形基础的 设计参数更加实用。 [0024] 相应的，本发明一实施例还提供了一种黏土海床中条形基础的固结承载力预测装 置，包括：第一计算模块、第二计算模块和第三计算模块； [0025] 所述第一计算模块，用于对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土体 的目标不排水抗剪强度分布函数；其中，所述目标土体具体为：位于条形基础与上部结构下 方的土体；以及所述目标不排水抗剪强度分布函数为：根据第一不排水抗剪强度分布函数 和孔压响应函数，结合固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系计算获得； [0026] 所述第二计算模块，用于根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，通过滑移线法 进行计算，获得固结后土体的应力特征线] 所述第三计算模块，用于根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进行 求解，获得预载作用下的条形基础的固结承载力。 [0028] 作为上述方案的改进，所述第一计算模块，包括：测试单元、孔压响应单元和结合 运算单元； [0029] 所述测试单元，用于：对黏土海床中的目标土体进行原位测试，获得所述目标土体 的第一不排水抗剪强度分布函数； [0030] 所述孔压响应单元，用于：根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式， 获得所述目标土体的孔压响应函数；其中，所述竖向荷载由结构自重和环境荷载所产生；以 及所述孔压响应函数包括所有所述目标土体中每个坐标位置对应的孔压响应； [0031] 所述结合运算单元，用于：根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响 应函数，通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土 体的第二不排水抗剪强度分布函数；其中，所述竖向有效应力根据所述孔压响应函数计算 所得；以及所述第二不排水抗剪强度分布函数为所述目标不排水抗剪强度分布函数。 [0032] 作为上述方案的改进，所述根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式， 获得所述目标土体的孔压响应函数，具体为：根据条形基础的自重、上部结构的自重和环境 荷载，获得竖向荷载；根据所述竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，计算获得条形均 布荷载作用下的目标土体中的孔压响应函数，计算公式为： [0033] [0034] 其中，Δu 为孔压响应函数，V 为竖向荷载，B为基础宽度，土中任意一点的坐标表 w p 示为(x,z)，x为计算点离均布荷载左边缘的水平距离，z为计算点离荷载左边缘的竖向距 离。 [0035] 作为上述方案的改进，所述根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响 8 8 CN 114739831 A 说明书 5/13页 应函数，通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土 体的第二不排水抗剪强度分布函数，具体为：根据所述孔压响应函数，计算获得竖向有效应 力函数；通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算固结黏土层不排 水抗剪强度函数，具体公式为： [0036] [0037] 其中，S 为固结黏土层不排水抗剪强度，σ′为竖向有效应力； 为有效内摩擦角， u v K和λ的比值约为0.2， 且当有效内摩擦角确定时，S 和σ′的比值为常数 u v R，具体公式为： 将所述第一不排水抗剪强度分布函数与所述固结黏土层不排水抗 剪强度函数进行预设的加权计算，获得目标土体的第二不排水抗剪强度分布函数。 [0038] 作为上述方案的改进，所述第二计算模块，包括：分解单元和应力特征线] 所述分解单元，用于根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，获得x方向的正应力 方程、z方向的正应力方程和平面内的剪应力方程； [0040] 所述应力特征线单元，用于根据所述x方向的正应力方程、z方向的正应力方程和 平面内的剪应力方程，代入所述滑移线法中预设的平衡方程，求得所述固结后土体的应力 特征线方程；其中，所述固结后土体的应力特征线方程包括：α线的应力特征线方程和β线的 应力特征线] 作为上述方案的改进，所述根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进 行求解，具体为： [0042] 根据已知点参数的形式和已知点的固结后土体的不排水抗剪强度，将所述固结后 土体的应力特征线方程转化为有限差分方程；其中，所述已知点参数的形式包括：x坐标、z 坐标、特征应力、以及大主应力方向与Z轴的夹角；在每一次第二已知点参数的计算中，将上 一次计算所获得的第二已知点参数，加入到第一已知点参数集中，并在更新后的第一已知 点参数集中，选取未同时代入方程计算的两个点参数，代入有限差分方程中，进行第二已知 点参数的计算；其中，所述第一已知点参数集在迭代开始前，已包含两个已知点参数；比较 每次计算获得的第二已知点参数与上一次计算获得的第二已知点参数，当满足预设的条件 时，停止迭代，获得第二已知点参数集；当不满足预设的条件时，继续进行迭代。 [0043] 作为上述方案的改进，所述获得预载作用下的条形基础的固结承载力，具体为：根 据获得的第二已知点参数集，滑移线网络上每一点的x坐标、每一点的z坐标、每一点的特征 应力、以及每一点的大主应力方向与Z轴的夹角，从而获得条形基础的固结承载力。 [0044] 作为上述方案的改进，将有限差分方程离散化，并通过数值程序的形式，进行第二 已知点参数的迭代计算。 [0045] 作为上述方案的改进，在所述获得预载作用后的条形基础的固结承载力之后，还 包括：据所述预载作用后的条形基础的固结承载力，重新调整第一条形基础的设计参数，获 得新的竖向荷载，并根据所述新的竖向荷载，进行固结承载力的计算，从而根据重新计算后 9 9 CN 114739831 A 说明书 6/13页 的固结承载力获得第二条形基础的设计参数；其中，所述第二条形基础的设计参数趋于稳 定值。 [0046] 相应的，本发明一实施例还提供了一种计算机终端设备，包括处理器、存储器以及 存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计 算机程序时实现如本发明所述的一种黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法。 [0047] 相应的，本发明一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存 储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储 介质所在设备执行如本发明所述的一种黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法。 附图说明 [0048] 图1是本发明一实施例提供的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法的流程 示意图； [0049] 图2是本发明一实施例提供的黏土海床中条形基础的固结承载力预测装置的结构 示意图； [0050] 图3是本发明一实施例提供的预载作用的模拟图； [0051] 图4是本发明一实施例提供的一种终端设备结构示意图。 具体实施方式 [0052] 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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有作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。 [0053] 实施例一 [0054] 参见图1，图1是本发明一实施例提供的一种黏土海床中条形基础的固结承载力预 测方法的流程示意图，如图1所示，本实施例包括步骤101至步骤103，各步骤具体如下： [0055] 步骤101：对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土体的目标不排水抗 剪强度分布函数；其中，所述目标土体具体为：位于条形基础与上部结构下方的土体；以及 所述目标不排水抗剪强度分布函数为：根据第一不排水抗剪强度分布函数和孔压响应函 数，结合固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系计算获得。 [0056] 在本实施例中，所述对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土体的目 标不排水抗剪强度分布函数，具体为： [0057] 对黏土海床中的目标土体进行原位测试，获得所述目标土体的第一不排水抗剪强 度分布函数；其中，通过对黏土海床的目标土体进行原位测试可得初始的不排水抗剪强度 分布。原位测试试验指在黏土海床上开展现场的十字板剪切试验、CPT试验等，根据实验数 据可获得不排水抗剪强度、土体不排水抗剪强度随深度增加的速率；第一不排水抗剪强度 分布函数S ，包括：泥面处土体的不排水抗剪强度S 、土体不排水抗剪强度随深度增加的速 u uo 率k ，具体公式为： su [0058] S ＝S +k z u uo su [0059] 其中，z为目标土体的深度； 10 10 CN 114739831 A 说明书 7/13页 [0060] 根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，获得所述目标土体的孔压 响应函数；其中，所述竖向荷载由结构自重和环境荷载所产生；以及所述孔压响应函数包括 所有所述目标土体中每个坐标位置对应的孔压响应； [0061] 根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响应函数，通过固结黏土层的 不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土体的第二不排水抗剪强度分 布函数；其中，所述竖向有效应力根据所述孔压响应函数计算所得；以及所述第二不排水抗 剪强度分布函数为所述目标不排水抗剪强度分布函数。 [0062] 在本实施例中，根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，获得所述目 标土体的孔压响应函数，具体为： [0063] 根据条形基础的自重、上部结构的自重和环境荷载，获得竖向荷载；为更好的说 明，请参见图3，图3为本发明一实施例提供的预载作用的模拟图。 [0064] 根据所述竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，计算获得条形均布荷载作用 下的目标土体中的孔压响应函数，计算公式为： [0065] [0066] 其中，Δu 为孔压响应函数，V 为竖向荷载，B为基础宽度，土中任意一点的坐标表 w p 示为(x,z)，x为计算点离均布荷载左边缘的水平距离，z为计算点离荷载左边缘的竖向距 离； [0067] 预设的应力分布计算公式，具体为：是通过Boussinesq解进行计算，通过集中竖向 荷载作用下地基内附加应力分布所得到的计算公式。 [0068] 在本实施例中，根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响应函数，通 过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土体的第二不 排水抗剪强度分布函数，具体为： [0069] 根据所述孔压响应函数，计算获得竖向有效应力函数； [0070] 通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算固结黏土层不排 水抗剪强度函数，具体公式为： [0071] [0072] 其中，S 为固结黏土层不排水抗剪强度，σ′为竖向有效应力； 为有效内摩擦角， u v K和λ的比值约为0.2， 且当有效内摩擦角确定时，S 和σ′的比值为常数 u v R，具体公式为： [0073] 固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系是指，基于临界状态理论， 在平面应变和K 固结的条件下，正常固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力所存在 0 的关系。 [0074] 将所述第一不排水抗剪强度分布函数与所述固结黏土层不排水抗剪强度函数进 11 11 CN 114739831 A 说明书 8/13页 行预设的加权计算，获得目标土体的第二不排水抗剪强度分布函数；具体公式如下： [0075] Δσ′＝Δu ； v w [0076] ΔS＝RΔσ′； u v [0077] S (x,z)＝S +k z+RΔσ′； u uo su v [0078] 其中，v′为竖向有效应力函数，u 为空压响应有效函数，S为固结黏土层不排水抗 v w u 剪强度，S (x,z)为第二不排水抗剪强度分布函数。 u [0079] 步骤102：根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，通过滑移线法进行计算，获得 固结后土体的应力特征线] 在本实施例中，根据目标不排水抗剪强度分布函数，通过滑移线法进行计算，获得 固结后土体的应力特征线] 根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，获得x方向的正应力方程、z方向的正应 力方程和平面内的剪应力方程；具体公式为： [0082] [0083] σ和σ分别为x、z方向的正应力，τ 为平面内剪应力，γ为土体总重度，σ为特征应 x z xz 力， σ为大主应力，σ为小主应力，θ为大主应力与Z轴夹角； 1 3 [0084] 根据所述x方向的正应力方程、z方向的正应力方程和平面内的剪应力方程，代入 所述滑移线法中预设的平衡方程，求得所述固结后土体的应力特征线方程；其中，所述固结 后土体的应力特征线方程包括：α线的应力特征线方程和β线的应力特征线方程；所述平衡 方程的具体公式如下： [0085] [0086] 以及获得的应力特征线方程公式具体如下： [0087] [0088] [0089] 其中， 为大主应力方向与特征线：根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进行求解，获得预载 作用下的条形基础的固结承载力； [0091] 在本实施例中，根据已知点参数的形式和已知点的固结后土体的不排水抗剪强 12 12 CN 114739831 A 说明书 9/13页 度，将所述固结后土体的应力特征线方程转化为有限差分方程；其中，所述已知点参数的形 式包括：x坐标、z坐标、特征应力、以及大主应力方向与Z轴的夹角；其中，有限差分方程具体 为： [0092] [0093] [0094] 其中，S 、S 、S 分别为A，B，C点处固结后土体的不排水抗剪强度，θ的初始迭代 uA uB uc c 值为θ或θ； A B [0095] 在每一次第二已知点参数的计算中，将上一次计算所获得的第二已知点参数，加 入到第一已知点参数集中，并在更新后的第一已知点参数集中，选取未同时代入方程计算 的两个点参数，代入有限差分方程中，进行第二已知点参数的计算；其中，所述第一已知点 参数集在迭代开始前，已包含两个已知点参数； [0096] 两个已知点参数具体为：根据已知边界条件逐渐求解获得的分别为A点(x ,z ,σ, A A A θ)和B点(x ,z ,σ,θ)，A点为α线的已知点，B点位β线的已知点； A B B B B [0097] 比较每次计算获得的第二已知点参数与上一次计算获得的第二已知点参数，当满 足预设的条件时，停止迭代，获得第二已知点参数集；当不满足预设的条件时，继续进行迭 代；其中，预设的条件具体为： [0098] old x‑x ≤Tol·B c c [0099] old z‑z ≤Tol·B c c [0100] old θ‑θ ≤Tol c c [0101] σ‑σold≤Tol·σ c c c [0102] ‑10 其中，Tol为计算允许的误差，取为10 。 [0103] 在本实施例中，获得预载作用下的条形基础的固结承载力，具体为：根据获得的第 二已知点参数集，滑移线网络上每一点的x坐标、每一点的z坐标、每一点的特征应力、以及 每一点的大主应力方向与Z轴的夹角，从而获得条形基础的固结承载力。 [0104] 在本实施例中，将有限差分方程离散化，并通过数值程序的形式，进行第二已知点 参数的迭代计算；数值程序的运行可以通过Matlab、Fortran、C++或Python进行。 [0105] 在本实施例中，在所述获得预载作用后的条形基础的固结承载力之后，还包括：据 所述预载作用后的条形基础的固结承载力，重新调整第一条形基础的设计参数，获得新的 竖向荷载，并根据所述新的竖向荷载，进行固结承载力的计算，从而根据重新计算后的固结 承载力获得第二条形基础的设计参数；其中，所述第二条形基础的设计参数趋于稳定值。 [0106] 本实施例通过计算获取黏土海床中目标土体的目标不排水抗剪强度分布函数，并 基于滑移线理论，将目标不排水抗剪强度分布函数转化为固结后土体的应力特征线方程， 再根据有限差分法进行方程求解，获得预载作用下的条形基础的固结承载力。本实施例能 够快速预测饱和黏土中预载作用后条形基础的固结承载力，原理简单，计算精度高，具有较 强的实用性。通过计算出来的高精度固结承载力，调整原有的条形基础的设计方案，能够进 一步完善现有浅基础设计规范，避免造成施工成本的浪费。 13 13 CN 114739831 A 说明书 10/13页 [0107] 实施例二 [0108] 参见图2，图2是本发明一实施例提供的一种黏土海床中条形基础的固结承载力预 测装置的结构示意图，包括：第一计算模块201、第二计算模块202和第三计算模块203； [0109] 所述第一计算模块201，用于获取黏土海床中目标土体的目标不排水抗剪强度分 布函数；其中，所述目标土体具体为：位于条形基础与上部结构下方的土体； [0110] 所述第二计算模块202，用于对黏土海床中的目标土体进行测试，获取所述目标土 体的目标不排水抗剪强度分布函数；其中，所述目标土体具体为：位于条形基础与上部结构 下方的土体；以及所述目标不排水抗剪强度分布函数为：根据第一不排水抗剪强度分布函 数和孔压响应函数，结合固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系计算获得； [0111] 所述第三计算模块203，用于根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进 行求解，获得预载作用下的条形基础的固结承载力。 [0112] 作为上述方案的改进，所述第一计算模块201，包括：测试单元、孔压响应单元和结 合运算单元； [0113] 所述测试单元，用于：对黏土海床中的目标土体进行原位测试，获得所述目标土体 的第一不排水抗剪强度分布函数； [0114] 所述孔压响应单元，用于：根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式， 获得所述目标土体的孔压响应函数；其中，所述竖向荷载由结构自重和环境荷载所产生；以 及所述孔压响应函数包括所有所述目标土体中每个坐标位置对应的孔压响应； [0115] 所述结合运算单元，用于：根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响 应函数，通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土 体的第二不排水抗剪强度分布函数；其中，所述竖向有效应力根据所述孔压响应函数计算 所得；以及所述第二不排水抗剪强度分布函数为所述目标不排水抗剪强度分布函数。 [0116] 作为上述方案的改进，所述根据预设的竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式， 获得所述目标土体的孔压响应函数，具体为：根据条形基础的自重、上部结构的自重和环境 荷载，获得竖向荷载；根据所述竖向荷载，通过预设的应力分布计算公式，计算获得条形均 布荷载作用下的目标土体中的孔压响应函数，计算公式为： [0117] [0118] 其中，Δu 为孔压响应函数，V 为竖向荷载，B为基础宽度，土中任意一点的坐标表 w p 示为(x,z)，x为计算点离均布荷载左边缘的水平距离，z为计算点离荷载左边缘的竖向距 离。 [0119] 作为上述方案的改进，所述根据所述第一不排水抗剪强度分布函数和所述孔压响 应函数，通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算获得所述目标土 体的第二不排水抗剪强度分布函数，具体为：根据所述孔压响应函数，计算获得竖向有效应 力函数；通过固结黏土层的不排水抗剪强度和竖向有效应力的关系，计算固结黏土层不排 水抗剪强度函数，具体公式为： 14 14 CN 114739831 A 说明书 11/13页 [0120] [0121] 其中，S 为固结黏土层不排水抗剪强度，σ′为竖向有效应力； 为有效内摩擦角，K u v 和λ的比值约为0.2， 且当有效内摩擦角确定时，S 和σv′的比值为常数 u R，具体公式为： 将所述第一不排水抗剪强度分布函数与所述固结黏土层不排水抗 剪强度函数进行预设的加权计算，获得目标土体的第二不排水抗剪强度分布函数。 [0122] 作为上述方案的改进，所述第二计算模块202，包括：分解单元和应力特征线] 所述分解单元，用于根据所述目标不排水抗剪强度分布函数，获得x方向的正应力 方程、z方向的正应力方程和平面内的剪应力方程； [0124] 所述应力特征线单元，用于根据所述x方向的正应力方程、z方向的正应力方程和 平面内的剪应力方程，代入所述滑移线法中预设的平衡方程，求得所述固结后土体的应力 特征线方程；其中，所述固结后土体的应力特征线方程包括：α线的应力特征线方程和β线的 应力特征线] 作为上述方案的改进，所述根据所述应力特征线方程，通过预设的有限差分法进 行求解，具体为： [0126] 根据已知点参数的形式和已知点的固结后土体的不排水抗剪强度，将所述固结后 土体的应力特征线方程转化为有限差分方程；其中，所述已知点参数的形式包括：x坐标、z 坐标、特征应力、以及大主应力方向与Z轴的夹角；在每一次第二已知点参数的计算中，将上 一次计算所获得的第二已知点参数，加入到第一已知点参数集中，并在更新后的第一已知 点参数集中，选取未同时代入方程计算的两个点参数，代入有限差分方程中，进行第二已知 点参数的计算；其中，所述第一已知点参数集在迭代开始前，已包含两个已知点参数；比较 每次计算获得的第二已知点参数与上一次计算获得的第二已知点参数，当满足预设的条件 时，停止迭代，获得第二已知点参数集；当不满足预设的条件时，继续进行迭代。 [0127] 作为上述方案的改进，所述获得预载作用下的条形基础的固结承载力，具体为：根 据获得的第二已知点参数集，滑移线网络上每一点的x坐标、每一点的z坐标、每一点的特征 应力、以及每一点的大主应力方向与Z轴的夹角，从而获得条形基础的固结承载力。 [0128] 作为上述方案的改进，将有限差分方程离散化，并通过数值程序的形式，进行第二 已知点参数的迭代计算。 [0129] 作为上述方案的改进，在所述获得预载作用后的条形基础的固结承载力之后，还 包括：据所述预载作用后的条形基础的固结承载力，重新调整第一条形基础的设计参数，获 得新的竖向荷载，并根据所述新的竖向荷载，进行固结承载力的计算，从而根据重新计算后 的固结承载力获得第二条形基础的设计参数；其中，所述第二条形基础的设计参数趋于稳 定值。 [0130] 本实施例通过第一计算模块求解黏土海床的目标土体在受到预载作用下发生固 结后而产生的固结土体的目标不排水抗剪强度分布函数，将获得的目标不排水抗剪强度分 15 15 CN 114739831 A 说明书 12/13页 布函数输入至第二计算模块中进行固结后土体的应力特征线方程的转化，最后通过第三计 算模块进行求解，获得预载作用下的条形基础的固结承载力。通过本实施例的实现能够提 高条形基础的固结承载力的计算效率，具有计算精度高、实用性强的优点。 [0131] 实施例三 [0132] 参见图4，图4是本发明一实施例提供的终端设备结构示意图。 [0133] 该实施例的一种终端设备包括：处理器401、存储器402以及存储在所述存储器402 中并可在所述处理器401上运行的计算机程序。所述处理器401执行所述计算机程序时实现 上述各个黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法在实施例中的步骤，例如图1所示的 黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法的所有步骤。或者，所述处理器执行所述计算 机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如：图2所示的黏土海床中条形基础的 固结承载力预测装置的所有模块。 [0134] 另外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介 质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质 所在设备执行如上任一实施例所述的黏土海床中条形基础的固结承载力预测方法。 [0135] 本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端 设备的限定，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 如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，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  Integrated  Circuit，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、分立门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，所述处理器401是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的 各个部分。 [0137] 所述存储器402可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器401通过运行 或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器402内的数 据，实现所述终端设备的各种功能。所述存储器402可主要包括存储程序区和存储数据区， 其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图 像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话 本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬 盘、内存、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)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器 件。 [0138] 其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独 立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发 明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来 完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执 行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所 述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述 16 16 CN 114739831 A 说明书 13/13页 计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U 盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取 存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。 [0139] 需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件 说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以 不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的 需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置 实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或 多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解 并实施。 [0140] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。 17 17 CN 114739831 A 说明书附图 1/4页 图1 18 18 CN 114739831 A 说明书附图 2/4页 图2 19 19 CN 114739831 A 说明书附图 3/4页 图3 20 20 CN 114739831 A 说明书附图 4/4页 图4 21 21

　　2、成为VIP后，下载本文档将扣除1次下载权益。下载后，不支持退款、换文档。如有疑问加。

　　3、成为VIP后，您将拥有八大权益，权益包括：VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。

　　4、VIP文档为合作方或网友上传，每下载1次， 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等，对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档

　　河北省衡水市安平实验初级中学2025-2026学年八年级上学期语文教学质量检测试卷（含答案）.docx

　　2025年传感器行业五年惯性传感器市场分析与无人机产业驱动报告.docx

　　提供农业、铸造、给排水、测量、发电等专利信息的免费检索和下载；后续我们还将提供提供专利申请、专利复审、专利交易、专利年费缴纳、专利权恢复等更多专利服务。并持续更新最新专利内容，完善相关专利服务，助您在专利查询、专利应用、专利学习查找、专利申请等方面用得开心、用得满意！

　　交通运输行业行业深度报告：无人机反制系统-奠定低空经济安全发展之基石.pdf

　　人工智能时代语言研究中的伦理问题-Ethical Issues in Language Research in the AI Era.pdf

　　原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者