(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211059400.0 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 刘永莉　徐静　肖衡林　鲍天　 席铭洋　薛田甜　冯东伟　陈智　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 杨宏伟 (51)Int.Cl. E02D 33/00(2006.01) E02D 27/12(2006.01) E02D 5/52(2006.01) E02D 5/74(2006.01)G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩 承载力的方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于反向自平衡试桩法 快速获得基桩承 载力的方法， 采用abaqus软件进 行反向自平衡试桩模拟， 首先建立反向自平衡试 桩模型， 然后对模型的各个部件 赋予相应的材料 属性参数， 将各个部件装配在总体坐标系 中， 预 留上下桩之间合适的初始间距， 之后在分析步模 块中选取分析类型， 相互作用模块中设置接触界 面类型， 之后载荷模块中设置便边界条件， 按照 反向自平衡试桩法进行加载 获得载荷位移曲线， 根据反向自平衡试桩法的计算方法得到基桩承 载力。 本发明无需复杂漫长的试验桩， 也无需原 位的工程桩试验， 大大降低了工程周 期， 提高了 施工效率。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115233753 A 2022.10.25 CN 115233753 A 1.一种基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 采用abaqus软件进行反向 自平衡试桩 模拟， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 建立反向自平衡试桩模型， 在abaqus软件 的部件模块中， 根据工程桩现场勘测 资料确定基桩尺寸以及土体参数分布， 计算或估算的桩平衡点位置， 建立反向自平衡试桩 模型， 部件类型选取可变形部件； 所述反向自平衡试桩模型包括上段桩、 下段桩和桩周土 体； 步骤2、 根据工程桩现场勘测资料确定桩基和周围土体的材料属性， 在abaqus软件的属 性模块中， 对桩身和桩周土体分别赋予各自材料参数， 其中桩身采用线弹性模型， 土体采用 弹塑性模型； 步骤3、 abaqus软件 的装配模块中， 将创建好的部件装配在总体坐标系中， 同时在上段 桩与下段桩之间预留一定的初始间距； 步骤4、 在abaqus软件的分析步模块中， 选取的分析步有两个， 一个是通用里的 Geostatic分析步， 另一个通用里的Static  General分析步， Geostatic分析步主要用于地 应力平衡分析， Static  General分析步主 要用于桩土 接触和基桩加载分析； 步骤5、 在abaqus软件的相互作用模块中设置 接触界面类型； 步骤6、 在abaqus软件 的载荷模块中， 确定桩土的边界条件， 土体模型顶部为自由边无 约束， 底部采用固定约束， 外侧为径向的位移约束； 桩顶部自由无约束； 步骤7， 在abaqus软件的网格模块中， 对建立的部件进行网格划分； 步骤8、 加载分析， 具体如下： 步骤8.1、 去掉反向自平衡试桩模型中的桩， 仅对土体进行地应力分析， 对桩与土的侧 面和底面施加位移约束， 对土体施加自重荷载， 采用Geostatic 分析步进行土体应力自平衡 计算； 步骤8.2、 在载荷模块中， 进行桩土接触计算， 模拟 成桩后土体对桩的荷载作用； 在第二 个Geostatic分析步中加入桩， 取消桩与土的位移约束使桩土接触， 同时计入了桩自重的影 响； 步骤8.3、 在载荷模块中， 进行桩身加载； 在Static  General分析步中对上段桩桩底施 加向上的均布荷载， 同时下 段桩桩顶施加向下的均布荷载； 步骤8.4、 在载荷模块中， 在新建的Static  General分析步中卸掉桩身施加均布荷载， 用于模拟桩卸载受力状态； 步骤8.5、 在载荷模块中， 进行桩顶加载， 在新建的Static  General分析步中对上段桩 桩顶施加向下 的均布荷载， 同时下段桩桩顶施加向上 的均布荷载， 完成反向自平衡试桩模 型的加载分析； 步骤9、 在任务模块中， 创建 分析作业并提交计算， 之后生成i np计算文件； 步骤10、 在abaqus软件的可视化模块中， 从任务模块输出数据库中获得反向自平衡试 桩模型和加载分析结果信息， 进行后续数据 处理分析， 所述后续数据 处理分析包括等值线 云图、 矢量图、 网格 变形图及XY曲线图。 2.根据权利要求1所述基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 步骤1中， 所述反向自平衡试桩模型创建类型包括三维模型、 二维平面模型和轴对称空 间模型， 所述轴对称空间模型为 二维平面模型的一半。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115233753 A 23.根据权利要求2所述基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 所述反向自平衡试桩模 型为轴对称空间模型， 桩周土体分层设置， 土体模型竖直方向为 基桩总长的1.5 ‑3倍， 土体水平方向尺寸 为基桩直径的15 ‑30倍。 4.根据权利要求1所述基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 步骤2中， 所述基桩的材料属性的参数包括有杨氏模量、 泊松比及重度； 所述桩周土体的 材料属性的参数包括杨氏模量、 泊松比、 重度、 粘聚力 及内摩擦角； 输入 材料参数后， 定义界 面属性， 将界面属性分配给相应区域实现材 料分区。 5.根据权利要求1所述基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 步骤3中， 上段桩与下段桩之间预留一定的初始间距通过计算获得或者根据步骤8的加 载分析结果确定， 需要满足桩顶加载时过程中， 在上段桩与下段桩接触之前， 上段桩的载荷 位移曲线发生 突变。 6.根据权利要求1所述基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 步骤5中， 在相互作用模块中， 基桩与岩 土接触面采用面 ‑面接触对类型； 桩为主控面， 岩 土为从属面， 并采用面对面的离散方法， 桩与土体接触跟踪方法均采用有限滑移； 桩与岩土 接触面间的接触性质包括两个方面， 一是法向采用允许分离的硬接触， 二是切向采用库伦 罚刚度算法来确定摩擦系数； 同时在下 段桩桩底与土体确定粘结强度。 7.根据权利要求1所述基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 步骤7中， 网格划分过程中， 靠近桩体的地方划分密、 远离桩体的地方稀疏； 桩和 土体均 采用C3D8R网格单 元， 即节点四边形线性平面应 变减缩积分单 元。 8.根据权利要求1所述基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 步骤8.1中， 土体 应力自平衡 计算过程中， 自平衡收敛 条件为土体位移小于10‑5m。 9.根据权利要求1所述基于反向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 步骤8.2中， 建立多个Static  General分析步逐级增 加荷载。 10.根据权利要求1所述基于反 向自平衡试桩法快速获得基桩承载力的方法， 其特征在 于： 步骤8.3和步骤8.5中， 加载结束条件为载荷位移曲线突变、 上段桩破坏、 下段桩破坏、 上 下桩之间周围土体破坏中的任意 一个发生即结束。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115233753 A 3