(19)中华 人民共和国 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 202111613645.9 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 贵州省交通 规划勘察设计 研究院股 份有限公司 地址 550081 贵州省贵阳市观山湖贵阳国 家高新区阳关大道10 0号 (72)发明人 彭小勇　张国发　马康　吁燃　 陈芳平　张玉广　杨胜波　 (74)专利代理 机构 贵州启辰知识产权代理有限 公司 52108 代理人 陆国华 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于研究强夯加固后土体性能的计算 模型 (57)摘要 本发明公开了一种用于研究强夯加固后土 体性能的计算模 型， 该模型以土体变形时应力方 程和速度方程之间的关系建立强夯动力方程； 通 过微积分的思想建立时间T内竖直方向总位移s 与速度方程之间的等式； 通过 强夯土体的加载卸 荷模型表达式和假设强夯后土体位移不再变化 时动应力峰值表达式， 求得土体变形时应力方 程； 将时间T内总位移s与速度方程之间的等式和 求得的土体变形时应力方程代入强夯动力方程， 最终得到用已知条件来表达的沉降量s计算公 式； 再逐步根据土体各项性能指标关系及试验经 验对应情况推导出强夯后土体的孔隙比、 变形模 量、 内摩擦角； 本发明能通过计算沉降量， 孔隙 比， 变形模量， 内摩擦角， 从而实现对参数的调 整， 节约人力和物力。 权利要求书3页 说明书9页 附图1页 CN 114239317 A 2022.03.25 CN 114239317 A 1.一种用于研究强夯加固后土体性能的计算模型， 其特征在于， 该模型以土体变形时 应力方程和速度方程之间的关系建立强夯动力方程； 通过微积分的思想建立时间T内竖直 方向总位移s与速度方程之间的等式； 通过强夯土体的加载卸荷模型表达式和假设强夯后 土体位移不再变化时动应力峰值表达式， 求得土体变形时应力方程； 将时间T内总位移s与 速度方程之 间的等式和求得的土体变形时应力方程代入强夯动力方程， 最终得到用已知条 件来表达的沉降量s计算公式； 以忽略夯锤挤压侧向土体横向位移变化而单方向考虑竖向位移变化的思想， 根据强夯 前后土体质量不变的关系列等式， 结合土体干密度与其孔隙比的关系式和沉降量s， 求得强 夯后土体平均孔隙比e1的计算公式； 将求得的强夯后土体平均孔隙比e1计算公式、 压缩系数与孔隙比的关系式及压缩模 量、 压缩系数和孔隙比的关系式进行合并， 求得平均变形模量E0的计算公式； 根据土体变形模量E0与圆锥重型动力触探击数的关系式、 土体的内摩擦角 值与圆锥 重型动力触探 击数之间关系式及变形模量E0关系式， 求得内摩擦角 的计算公式。 2.根据权利要求1所述的用于研究强夯加固后土体性能的计算模型， 其特 征在于： 设土体变形时应力方程 为σn(t)， 速度方程 为Vn(t)， 则强夯动力方程 为： 其中， σn(t)为土体变形时随时间变化的应力， kPa； ρ 为土体密度， kg/m3； Cp为纵波速度， Cp纵波速度表达式为； 式中， E为土体的加载回弹模量， MPa； μ为土体的泊松比。 3.根据权利要求2所述的用于研究强夯加固后土体性能的计算模型， 其特 征在于： 将时间采用微分的思想， 在足够小的时间区间内， 土体质点强夯后产生竖向位移 的速 度可以看做匀速， 则在dt时间内， 变形量 为： ds＝Vn(t)dt 则在时间T内的总位移s可由ds积分得到， 为： 根据强夯动力方程可 得： 求得应力随时间的关系σn(t)， 即能求出土体的T时间内总竖向位移s。 4.根据权利要求2所述的用于研究强夯加固后土体性能的计算模型， 其特 征在于： 强夯土体过程分为夯锤挤密土体的加荷过程和夯锤回弹后的土体卸荷过程； 强夯土体 的加载卸荷模型表达式为： σn(t)＝σmaxsinωt(t≤T)权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114239317 A 2其中， ω为加荷角频率； σmax为动应力峰值， kPa； 以强夯后土体位移不再变化时， 其动应力峰值表达式为： 式中， S为加荷弹性常数； Sul为卸荷弹性常数； V为夯锤入土时的速度， m/s； 由自由落体 运动可得 h为夯锤落距， m； a为 夯锤半径， m。 根据强夯土体的加载卸荷模型表达式和动应力峰值表达式可 得土体的动应力方程 为： 5.根据权利要求 4所述的用于研究强夯加固后土体性能的计算模型， 其特 征在于： 根据强夯土体的加载卸荷模型表达式和动应力峰值表达式可 得土体的动应力方程 为： 根据强夯动力方程和土体的动应力方程， 同时 可推到得土体的竖向 位移： 同时， 加荷弹性常数S与卸荷弹性常数Sul的比值表达式为： 即沉降量s计算公式为 式中， E为土体的加载回弹模量， MPa； Esul为土体的卸载回弹模量， MPa； g为重力加速 度， m/s2； h为夯锤落距， m； M为 夯锤重， kg； a为 夯锤半径， m； ρ 为土体密度， kg/m3。 6.根据权利要求5所述的用于研究强夯加固后土体性能的计算模型， 其特 征在于： 强夯后土体平均孔隙比e1的计算公式为： 式中， H为强夯夯击能有效影响深度， m； s为步骤A中计算所得土体沉降量， m； e0为土体强 夯前的孔隙比。 7.根据权利要求6所述的用于研究强夯加固后土体性能的计算模型， 其特 征在于： 以碎石土路基为对象， 根据该模型， 求碎石土路基的平均变形模量E0为： 1)碎石土路基压缩系数与孔隙比的关系式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114239317 A 3