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原文传递一种模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土及配制方法

专利名称：	一种模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土及配制方法
摘要：	本发明属于土力学试验领域，提供一种模拟天津粉质黏土的有关动力模型试验用模型土及其配制方法。模型土包括以下质量百分比含量的组分：锯末18％，河砂27％，粉质黏土55％，含水率为50％。制备方法包括以下步骤：(1)按配比称取锯末、河砂与粉质黏土；(2)将各组分混合均匀后加水并拌合均匀，与现有技术相比，本发明制备得到的模型土与天津粉质黏土在不同围压下满足主要相似关系，创建并根据函数量化分析得到模型土与原型土的G/Gmax‑γ动力特性曲线相似度较高。另外，通过调节锯末、河砂与粉质黏土的配比及含水率能够进行其他有关动力模型试验土质的模拟，可通过本发明创建的函数量化分析判定其它模型土的配比。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	河北建筑工程学院
发明人：	谢军;包淑贤;阎杰;马宏;倪雅静;胡英飞;张恒;段龙;杨永竹
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910474749.2
公开号：	CN110186727A
分类号：	G01N1/28(2006.01);G;G01;G01N;G01N1
申请人地址：	075000 河北省张家口市朝阳西大街13号
主权项：	1.一种模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，以天津场地粉质黏土作为原型土，确定模型土与原型土的加速度相似比及主要相似关系，确定天津地区粉质黏土的动剪切模量比-剪应变动力特性曲线；步骤2，对制备好的不同配比的模型土试样进行共振柱试验，得到不同配比模型土的动剪切模量-剪应变试验数据；步骤3，对步骤2所得不同密度与含水率的模型土的动剪切模量-剪应变数据分别进行分析拟合，得到不同配比模型土的动剪切模量比与剪应变的关系曲线以及最大动剪切模量；步骤4，当得出模型土各材料的较优比例后，设计正交方案并进行共振柱试验；步骤5，创建Q(γr，α)函数、函数，根据函数值判定模型土与原型土的动剪切模量比-剪应变动力特性曲线的相似性；步骤6，根据函数值，模型土与原型土的加速度相似比选取动力模型试验土体的配制方案。 2.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤1中，根据振动台承载能力等参数以及相关模型土研究，确定加速度相似比为3，模型土与原型土需要满足的主要相似关系为： Sa＝SG/SρSl 式中，Sa为模型土与原型土的加速度相似比，SG为模型土与原型土的动剪切模量相似比，Sρ为模型土与原型土的密度相似比，Sl为模型土与原型土的几何尺寸相似比。 3.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤1中，参考天津地区不同深度土层粉质黏土的动剪应变与动剪切模量比的平均值，采用Stokoe模型拟合得到天津地区粉质黏土不同深度土层的动剪切模量比-剪应变动力特性曲线。 4.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤2中，按配比称取锯末、河砂和粉质黏土，将称取的各组分混合均匀制成干燥混合料，加水拌合均匀后放入密封袋存放24h，使含水率均匀分布；试样的规格为39.1mm×80mm，按照土工试验方法标准制样；通过方案设定和试样制备得到土样的含水率和密度。 5.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤2中，对不同配比的模型土进行共振柱试验时，围压均为30kPa，采用自由振动法进行试验，所得不同配比模型土的试验数据中剪应变的范围为10-6-10-4。 6.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤3中，使用origin软件建立Stokoe模型函数，对不同配比的模型土数据采用Stokoe模型拟合得到最大动剪切模量和动剪切模量比-剪应变动力特性曲线； Stokoe模型：式中，G为动剪切模量，Gmax为最大动剪切模量，γ为动剪应变，γr为参考剪应变，α为曲线的曲率系数。 7.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤4中，正交方案包括以下质量百分比含量的组分： 8.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤5中，Q(γr，α)函数的直观意义表示为模型土的n个数据点与对应的原型土在相同剪应变下(剪应变区间为10-6-10-2)动剪切模量比之间距离的平方和；Q(γr，α)函数值越小，说明该方案模型土与原型土动剪切模量比-剪应变动力特性曲线的偏离程度越小。 9.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤5中，为综合考虑Stokoe模型所拟合的参考应变γr和曲率系数α对曲线相似性的影响，创建并根据函数值判断不同方案的模型土与原型土动剪切模量比-剪应变动力特性曲线的相似性；Q(γr，α)函数，函数通过以下表达式进行定义：式中，为原型土采用Stokoe模型拟合所得(剪应变区间为10-6-10-2)的G/Gmax值，为各方案模型土采用Stokoe模型拟合所得(剪应变区间为10-6-10-2)的G/Gmax值，为原型土的参考剪应变，为模型土的参考剪应变，为参考剪应变相似比，Sα为曲率系数相似比，Q为Q(γr，α)函数值。 10.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤6中，值和Sα值越接近1、Q值越小，与Q(γr，α)函数乘积值即Y值越小，说明该方案模型土与原型土的动剪切模量比-剪应变动力特性曲线偏离程度越小，曲线形状相似程度越高，曲线整体的相似程度就越高，该方案模型土与原型土的动剪切模量比-剪应变曲线越相似。 11.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤6中，模型土与原型土的加速度相似比目标值为3，值越小，该方案模型土与原型土的动剪切模量比-剪应变曲线越相似，满足以上两个条件的方案的模型土可作为动力试验用模型土。 12.根据权利要求1所述的一种用于模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土，其特征在于，所述步骤6中，锯末、河砂与粉质黏土的质量百分比为18％：27％：55％，含水率为50％，即为本发明的模拟天津粉质黏土的动力模型试验用模型土配比。
所属类别：	发明专利