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原文传递一种土的三轴压缩试验的模型试验方法

专利名称：	一种土的三轴压缩试验的模型试验方法
摘要：	本发明公开一种土的三轴压缩试验的模型试验方法，涉及用机械应力测试固体材料的强度特性领域。在土的最大粒径超过仪器允许的最大值时，配制一种模型土，模型土粗颗粒的母岩的弹性模量与原型土粗颗粒的母岩的弹性模量满足相似比；模型土粗颗粒的母岩的应力强度与原型土粗颗粒的母岩的应力强度满足相似比；模型土粗颗粒的母岩的泊松比与原型土粗颗粒的母岩的泊松比满足相似比；模型土的黏聚力与原型土满足相似比，其黏聚力与黏粒含量具有一一对应关系。对模型土进行三轴压缩试验，获得模型土的力学参数，结合量纲理论和相似理论，预测原型土的力学参数。该方法克服了现有缩尺方法的不足，所测得的模型土与原型土的力学参数满足相似比。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广西;45
申请人：	广西大学
发明人：	马少坤;李涛;苏拥军;覃璐;阮耀民
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810609540.8
公开号：	CN108760463A
代理机构：	广西南宁公平知识产权代理有限公司 45104
代理人：	黄永校
分类号：	G01N3/00(2006.01)I;G06F17/50(2006.01)I;G;G01;G06;G01N;G06F;G01N3;G06F17;G01N3/00;G06F17/50
申请人地址：	530022 广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学东路100号
主权项：	1.一种土的三轴压缩试验的模型试验方法，其特征在于，包括如下步骤：A.根据《土工试验规程》SL237‑1999，对原型土进行颗粒分析试验，获得原型土的颗粒级配，计算原型土的不均匀系数和曲率系数，B.确定模型土的粗颗粒的母岩，B.a.按照仪器的规格确定试样直径，B.b.根据《土工试验规程》SL237‑1999，按照试样直径确定仪器允许最大粒径dlim，B.c.根据《土工试验规程》SL237‑1999，按照原型土进行颗粒分析试验的结果，获得原型土最大粒径dmax，B.d.长度相似比的取值不小于原型土最大粒径与仪器允许最大粒径之比，Cl≥dmax/dlim (1)式中：Cl为长度相似比；dlim为仪器允许最大粒径；dmax为原型土最大粒径，B.e.按照地质学原理，判断原型土粗颗粒的母岩的岩石种类，并在当地采集该岩石，B.f.根据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266‑2013，对原型土的粗颗粒的母岩进行密度试验，测出原型土粗颗粒的母岩的干密度ρdp，B.g.采用试错法，选择备选模型土粗颗粒的母岩，并采集备选模型土粗颗粒的母岩，备选模型土粗颗粒的母岩为岩石、非岩石自然固体或人工固体，人工固体为纯石膏、矿渣硅酸盐水泥，B.h.根据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266‑2013，对备选模型土粗颗粒的母岩进行密度试验，测出备选模型土粗颗粒的母岩的干密度ρdm，B.i.备选密度相似比取值为原型土粗颗粒的母岩的干密度与备选模型土粗颗粒的母岩干密度之比，Cρ＝ρdp/ρdm* (2)式中：Cρ为备选密度相似比；ρdp为原型土粗颗粒的母岩的干密度；ρdm为备选模型土粗颗粒的母岩的干密度，B.j.根据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266‑2013，对原型土粗颗粒的母岩进行岩石声波测试，获得原型土粗颗粒的母岩的动弹性模量Edp，B.k.根据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266‑2013，对备选模型土粗颗粒的母岩进行岩石声波测试，获得备选模型土粗颗粒的母岩的动弹性模量Edm，B.l.备选动弹性模量相似比取值为原型土粗颗粒的母岩的动弹性模量与备选模型土粗颗粒的母岩的动弹性模量之比，CEd＝Edp/Edm* (3)式中：CEd为备选动弹性模量相似比；Edp为原型土粗颗粒的母岩的动弹性模量；Edm为备选模型土粗颗粒的母岩的动弹性模量，B.m.验算备选动弹性模量相似比是否满足式(4)\|CEd‑ClCρ\|＜εCEd (4)式中：εCEd为动弹性模量相似比的误差容许值，按照式(5)计算，式中：εEdp为原型土粗颗粒的母岩的动弹性模量的误差容许值；εEdm为备选模型土粗颗粒的母岩的动弹性模量的误差容许值，各种材料的动弹性模量的误差容许值取值为该材料的动弹性模量的标准差的3倍，B.n.根据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266‑2013，对原型土粗颗粒的母岩进行单轴抗压强度试验，获得原型土粗颗粒的母岩的单轴抗压强度Rcp，B.o.根据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266‑2013，对备选模型土粗颗粒的母岩进行单轴抗压强度试验，获得备选模型土粗颗粒的母岩的单轴抗压强度Rcm，B.p.备选单轴抗压强度相似比取值为原型土粗颗粒的母岩的单轴抗压强度与备选模型土粗颗粒的母岩的单轴抗压强度之比，CRc＝Rcp/Rcm* (6)式中：CRc为备选单轴抗压强度相似比；Rcp为原型土粗颗粒的母岩的单轴抗压强度；Rcm为备选模型土粗颗粒的母岩的单轴抗压强度，B.q.验算备选单轴抗压强度相似比是否满足式(7)\|CRc‑ClCρ\|<εCRc (7)式中：εCRc为单轴抗压强度相似比的误差容许值，按照式(8)计算，式中：εRcp为原型土粗颗粒的母岩的单轴抗压强度的误差容许值；εRcm为备选模型土粗颗粒的母岩的单轴抗压强度的误差容许值，各种材料的单轴抗压强度的误差容许值取值为该材料的单轴抗压强度的标准差的3倍，B.r.根据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266‑2013，对原型土粗颗粒的母岩进行单轴压缩变形试验，获得原型土粗颗粒的母岩的泊松比μp，B.s.根据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266‑2013，对备选模型土粗颗粒的母岩进行单轴压缩变形试验，获得备选模型土粗颗粒的母岩的泊松比μm，B.t.备选泊松比相似比取值为原型土粗颗粒的母岩的泊松比与备选模型土粗颗粒的母岩的泊松比之比，Cμ＝μp/μm* (9)式中：Cμ为备选泊松比相似比；μp为原型土粗颗粒的母岩的泊松比；μm为备选模型土粗颗粒的母岩的泊松比，B.u.验算备选泊松比相似比是否满足式(10)\|Cμ‑1\|<εCμ (10)式中：εCμ为泊松比相似比的误差容许值，按照式(11)计算，式中：εμp为原型土粗颗粒的母岩的泊松比的误差容许值；εμm为备选模型土粗颗粒的母岩的泊松比的误差容许值，各种材料的泊松比的误差容许值取值为该材料的泊松比的标准差的3倍，B.v.当备选动弹性模量相似比满足式(4)，同时备选单轴抗压强度相似比满足式(7)，同时备选泊松比相似比满足式(10)时，确定选择该备选模型土粗颗粒的母岩作为模型土粗颗粒的母岩，C.计算模型土各质量百分数相应的粒径，并获得模型土的相似级配，C.a.按照式(12)计算模型土各质量百分数相应的粒径dm＝dp/Cl (12)式中：dm为模型土的粒径；d为原型土的粒径，C.b.根据《土工试验规程》SL237‑1999，按照模型土各质量百分数相应的粒径，获得模型土的颗粒级配，计算模型土的不均匀系数和曲率系数，D.计算用于等量替换模型土细颗粒的材料的量，D.a.按照式(13)计算黏聚力相似比Cc＝ClCρ (13)式中：Cc为粘聚力相似比，D.b.原型土粒径小于0.075mm的颗粒将用于替换模型土粒径小于0.075mm的颗粒，其相对于模型土的质量百分数为m0.075a＝m0.075p/Cc (14)式中：m0.075a为替换进模型土的粒径小于0.075mm的原型土的质量百分数，该质量百分数为相对于模型土的质量百分数；m0.075p为原型土粒径小于0.075mm的颗粒质量百分数，该质量百分数为相对于原型土的质量百分数，D.c.粒径小于0.075mm的无粘性填充材料将用于替换模型土粒径小于0.075mm的颗粒，其相对于模型土的质量百分数为m0.075b＝m0.075‑m0.075p/Cc (15)式中：m0.075b为替换进模型土的粒径小于0.075mm的无粘性填充材料颗粒的质量百分数，该质量百分数为相对于模型土的质量百分数；m0.075为被剔除掉的模型土粒径小于0.075mm的颗粒质量百分数，D.d.模型土粒径大于0.075mm的颗粒不进行替换，E.采集或制备模型土的粗颗粒的母岩，对模型土粗颗粒的母岩进行破碎、研磨，或者直接在自然界采集模型土粗颗粒的母岩所风化形成的土，E.a.采集或制备模型土的粗颗粒的母岩，或者直接在自然界采集模型土粗颗粒的母岩所风化形成的土，E.b.对模型土粗颗粒的母岩进行破碎、研磨，获得颗粒的最大粒径不小于模型土的最大粒径，若模型土直接来自自然界，自然颗粒的最大粒径不小于模型土的最大粒径，F.按照相似级配制备模型土，并对模型土部分细颗粒进行替换，F.a.采用主步骤E中母岩破碎、研磨得到的颗粒，或者是采集的自然颗粒，按照相似级配制备模型土，F.b.采用粒径小于0.075mm的原型土颗粒和粒径小于0.075mm的无粘性填充材料共同替换模型土中粒径小于0.075mm的颗粒，替换的量按主步骤D计算，无粘性填充材料为双飞粉或者是灰钙，F.c.模型土粒径大于0.075mm的颗粒不改变材料，G.根据《土工试验规程》SL237‑1999，对模型土进行三轴压缩试验，获得模型土的力学参数，H.计算原型土的力学参数，H.a.计算土样参数的相似比：应力相似比为 Cσ＝ClCρ (16)粘聚力相似比为 Cc＝ClCρ (13)孔隙水压力相似比为 Cp＝ClCρ (17)弹性模量相似比为 CE＝ClCρ (18)加载速率相似比为无量纲参数的相似比和重力加速度的相似比为1，即：内摩擦角相似比泊松比相似比C_μ＝1，应变相似比C_ε＝1，重力加速度相似比C_g＝1.H.b.计算原型土的参数：原型土的参数为Xp＝CXXm (20)式中：X_p为原型土的参数，代表原型的应力σ_p、粘聚力c_p、孔隙水压力p_p、弹性模量E_p、加载速率r_p，内摩擦角泊松比μ_p、应变ε_p、重力加速度g_p；C_X为土样参数的相似比，代表应力、粘聚力、孔隙水压力、弹性模量、加载速率、内摩擦角、泊松比、应变、重力加速度的相似比；X_m为模型土的参数，代表模型的应力σ_m、粘聚力c_m、孔隙水压力p_m、弹性模量E_m、加载速率r_m、内摩擦角泊松比μ_m、应变ε_m、重力加速度g_m。
所属类别：	发明专利