湖南大学黄明华获国家专利权
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龙图腾网获悉湖南大学申请的专利一种基于径向分段排水边界的未打穿竖井地基固结计算方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120257461B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-09发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510744278.8,技术领域涉及:G06F30/13;该发明授权一种基于径向分段排水边界的未打穿竖井地基固结计算方法是由黄明华;史雅倩;张玲;刘朝凡;周苏华设计研发完成,并于2025-06-05向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于径向分段排水边界的未打穿竖井地基固结计算方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于径向分段排水边界的未打穿竖井地基固结计算方法,包括:获取未打穿竖井地基的基本参数并归一化;引入虚拟竖井假设和分段函数表示竖井边缘处的径向分段排水边界条件,构建未打穿竖井地基的三维轴对称固结分析模型;推导得到不同条件下地基固结度和超孔隙水压力的统一解答;通过数值拉普拉斯逆变换方法对解答形式进行转化;优化解答的级数计算项数并做合理性验证;代入实际工程参数得到地基固结度以及地基全域范围内超孔隙水压力分布的曲线图。本发明针对竖井未打穿的软土地基,分析了未打穿竖井地基的固结特性,克服了未打穿竖井地基固结度解答形式复杂,误差较大的问题。
本发明授权一种基于径向分段排水边界的未打穿竖井地基固结计算方法在权利要求书中公布了:1.一种基于径向分段排水边界的未打穿竖井地基固结计算方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1,基于深厚软土地基现场勘探试验以及竖井排水体的设置方案,采集在计算中所需的未打穿竖井地基基本参数并归一化; 步骤2,引入虚拟竖井和分段函数来表示竖井边缘处的径向分段排水边界条件,构建未打穿竖井地基的三维轴对称固结分析模型; 步骤3,基于步骤2的模型,利用傅里叶级数展开和拉普拉斯变换,推导求解未打穿竖井地基的固结控制方程,计算得到不同条件下地基固结度和超孔隙水压力的统一解答; 步骤4,通过数值拉普拉斯逆变换方法,优化选取合适的级数计算项数,对地基固结度及超孔隙水压力的解答形式进行简化; 步骤5,基于简化后的解答,代入实际工程的具体参数,即得到反映竖井打入深度比、竖井影响区半径、地基土体渗透各向异性系数相关参数的地基固结度曲线,以及不同时间因数下地基全域范围内超孔隙水压力的分布图; 所述步骤1中,未打穿竖井地基基本参数包括软土层厚度H、竖井打入土层深度h、竖井半径rw、单个竖井影响区半径re、地基土体体积压缩系数mv、地基土体内竖向渗透系数kv、地基土体内径向渗透系数kr和地基顶面瞬时施加的均布荷载q; 所述步骤1中,归一化包括: 通过以下公式分别计算以下无量纲参数以实现归一化:竖井打入深度比ρ、模型土体单元厚宽比η、土体渗透各向异性系数κ、竖井半径与竖井影响区半径之比R0、径向坐标变量R、竖向坐标变量Z、无量纲超孔隙水压力v和时间因数Tv; ρ=hH; η=Hre; κ=krkv; R0=rwre; R=rre; Z=zH; v=uq; ; 其中r表示径向坐标,z表示竖向坐标,u为超孔隙水压力,t为固结时间,为水的重度; 所述步骤2包括: 通过虚拟竖井和径向分段函数来表示竖井边缘处的边界条件:针对未打穿竖井地基在打入层和未打入层的差异性,在竖井未打入段引入相同半径rw的虚拟竖井,再分段考虑竖井边缘处的径向坐标r=rw的径向排水边界;并设定在初始时刻,在地基顶面瞬时施加恒定荷载q后,超孔隙水压力在整个地基土层中均匀分布;地基顶面作为排水边界,地基底面作为不排水边界;同时当竖井在整个地基土层内均匀布设且打入深度相等时,竖井影响区边界的径向坐标r=re处考虑为径向不排水边界;从而建立未打穿竖井地基的三维轴对称固结分析模型; 所述步骤3中,未打穿竖井地基的固结控制方程的表达式为: ; 并根据未打穿竖井地基的三维轴对称固结分析模型给出求解条件包括: 1初始条件:; 2竖向边界条件:; 3径向边界条件:; 所述步骤3中,在求解未打穿竖井地基的固结控制方程时,首先根据归一化参数来将方程和求解条件转化为无量纲形式,包括: 1固结控制方程:; 2初始条件:; 3竖向边界条件:; 4径向边界条件:; 其中,FZ是关于Z的分段函数,取值为: ; 所述步骤3中,利用傅里叶级数展开和拉普拉斯变换,推导求解未打穿竖井地基的固结控制方程,计算得到不同条件下地基固结度和超孔隙水压力的统一解答为: ; 其中为超孔隙水压力v的拉普拉斯变换,,p为引入的拉普拉斯变量,表示第i项的正弦项奇次系数,i为从1到N的正整数,,π表示圆周率;为关于Z的广义傅里叶级数展开系数,,为包含拉普拉斯变量p的归一化组合根参数,;和分别为第一类和第二类的零阶修正贝塞尔函数;和分别为第一类和第二类的一阶修正贝塞尔函数;和为待定系数,; 为地基固结度的拉普拉斯变换,; 所述步骤4中,通过数值拉普拉斯逆变换方法,优化选取合适的级数计算项数NS,对地基固结度及超孔隙水压力的解答形式进行简化,简化后的结果为: ; 其中,为数值拉普拉斯逆变换参数,;NS为拉普拉斯逆变换的数值计算项数;n为从1到NS的正整数;k为不超过的最大正整数;!表示阶乘运算符号。
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