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原文传递一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法

专利名称：	一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法
摘要：	一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，具体步骤如下：基于覆盖层土体分层和力学特性，并结合确定室内重塑样力学指标随相对密度和应力条件的变化关系，确定覆盖层土体各层土体的相对密度；基于覆盖层土体相对密度确定的重塑土样的最大动剪模量参数的压力效应关系和动剪切模量随动剪应变的变化关系、结合覆盖层土体的最大动剪模量的压力效应关系、确定考虑土体结构性的最大动剪模量参数，进而确定考虑土体结构性的动剪模量随剪应变衰减曲线。本发明通过原位土层的相对密度，用以标定和控制实验室内重塑土样，保证了重塑土样与原位覆盖层土力学性质的一致性；由此确定的剪模量参数和衰减曲线，可提高安全性评价的精确度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国水利水电科学研究院
发明人：	杨玉生;赵剑明;刘小生;刘启旺;温彦锋;杨正权;李红军;王龙;朱凯斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910051043.5
公开号：	CN109752262A
代理机构：	北京中建联合知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	晁璐松
分类号：	G01N3/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100038 北京市海淀区车公庄西路20号
主权项：	1.一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据原位试验确定覆盖层土体沿覆盖层深度方向的分层分布情况及其代表性级配；步骤二、根据不同土层的土性特点，确定不同土层能反映覆盖层原位状态的力学指标特征值；步骤三、基于室内试验确定重塑样力学指标随相对密度和应力条件的变化关系；在室内进行重塑样模拟试验，测定不同相对密度、不同应力条件下模拟试验力学指标值，确定模拟试验力学指标特征值随相对密度和应力条件的变化关系；步骤四、基于现场原位试验确定的覆盖层力学指标特征值，结合室内试验确定的重塑样相应力学指标特征值随相对密度和应力条件的变化关系，确定覆盖层土体各层土体的相对密度；步骤五：采用基于覆盖层土体相对密度确定的重塑土样进行室内试验，并确定重塑土样的最大动剪模量参数的压力效应关系和动剪切模量随动剪应变的变化关系采用步骤四确定的覆盖层土体相对密度作为原位重塑样土样控制指标，开展原位重塑样土样在不同应力条件下的室内动力特性试验，确定最大动剪模量的压力效应关系，以及动剪切模量随动剪应变的变化关系；步骤六、基于剪切波速确定覆盖层土体最大动剪模量的压力效应关系根据覆盖层土体现场剪切波速随深度的变化，确定覆盖层土体中剪切波速的压力效应关系，进一步结合弹性波理论，确定覆盖层土体的最大动剪模量的压力效应关系；步骤七、确定考虑土体结构性的最大动剪模量参数根据步骤五室内试验确定的最大动剪模量的压力效应关系和根据步骤六现场波速试验确定的最大动剪模量的压力效应关系，确定考虑土体原位结构性的最大动剪模量参数；步骤八、确定考虑土体结构性的动剪模量随剪应变衰减曲线根据步骤七确定的最大动剪模量参数和步骤五确定的动剪模量随动剪应变的变化关系，考虑原位结构效应确定土体动剪模量随剪应变的衰减曲线。 2.根据权利要求1所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：步骤一中对不同深度处土体进行颗粒级配分析，根据颗粒级配分析结果，将覆盖层土体分为碎石土层、砂土层、粉土层和粘性土层，确定覆盖层土体的大层分布情况，并获得各大层的颗粒级配曲线；根据各大层的颗粒级配分析结果，进一步区分出各大层内的亚层，确定最终的土体分层情况，并绘制深厚覆盖层的代表性级配曲线。 3.根据权利要求2所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：对同一大层内、不同深度的土体进行进一步的分类，按照GB 50021-2009《岩土工程勘察规范》中的相关规定，对不同深度位置处的土体进行分类定名，分析各钻孔土体沿深度方向的土体分类情况，创建亚层；或按照GB50021-2009《岩土工程勘察规范》中的相关规定，将在同一大层中含量50％以上的主成分颗粒按照粒径范围进行粗、中、细的划分，以确定不同钻孔、不同深度处的土体是否为相同类别；其中，对于不同的钻孔中均出现，被定名为相同类的厚度不小于1m的土体，划分为同一亚层，对于个别钻孔中出现，而其他钻孔中未出现的，可不作为亚层考虑。 4.根据权利要求1所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：步骤二中依据确定的不同土层的代表性级配，在现场采取满足代表性级配的覆盖层土体材料，针对不同土层制备不同相对密度的重塑样，对重塑样模拟现场土体的原位应力条件，进行相应于原位试验的室内模拟试验，据此确定特定应力条件下重塑样的力学指标特征值，进而确定室内重塑样力学指标特征值随相对密度和固结应力变化关系曲线。 5.根据权利要求1所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：步骤三中所述室内波速试验，可在共振柱、三轴仪或扭剪仪压力室中利用室内剪切波速测试装置完成；所述重塑土样进行相对密度分级制备，分级加载，测定不同级别相对密度和应力下的剪切波速，并利用图、表或者公式形式表示。 6.根据权利要求1所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：步骤五中所述室内最大动剪模量Gmax的压力效应关系，如公式(1)所示： Gmax＝Cpa·(σ′0/pa)n (1) 式中：σ′0为平均有效固结应力，σ′0＝(σ′10+σ′30)/2，σ′10为轴向有效应力，σ′30为侧向有效固结应力，pa为标准大气压力，单位与Gmax和σ′0相同，C、n分别为模量系数和模量指数，由试验确定。 7.根据权利要求1所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：步骤六中所述覆盖层土体的最大动剪切模量的压力效用关系可以通过如下步骤得到， 1)剪切波速Vs与大气压力pa的拟合，如公式(2)所示 VS＝a·(σ′0/pa)b (2) 式中：a、b为拟合参数，(σ′0/pa)为无量纲化的平均有效主应力； 2)按照弹性波理论，最大动剪切模量Gmax与剪切波速之间如公式(3)所示 Gmax＝ρ·Vs2 (3) 式中：ρ为土层天然密度，VS为剪切波速； 3)将公式(2)代入公式(3)，则得最大动剪切模量Gmax的压力效用关系，如公式(4)所示 Gmax＝ρ·a2·(σ0′/pa)2b (4) 。 8.根据权利要求6或7所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：步骤七中所述动剪模量系数中C和指数n由试验确定，即通过对比公式(1)与公式(4)所测得的室内试验值和现场试验值，可得到基于现场剪切波速试验动剪模量系数C和指数n。 9.根据权利要求1所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：步骤八中所述考虑覆盖层土体动剪模量随剪应变的衰减曲线，如公式(2)所示： G＝Gmax/(1+γ/γr) (5) 式中：G为一定动剪应变下的动剪模量，Gmax为最大动剪模量，γ为动剪应变，γr为参考剪应变；其中，参考剪应变γγ如公式(2)所示 γγ＝τmax/Gmax (6) 式中：τmax为最大剪应力，可根据应力条件按照莫尔-库仑破坏理论计算得到；所述τmax分为现场条件下和室内条件下：现场覆盖层土体条件下，τmax如公式(2)所示式中：K0为静止侧压力系数，σ′v竖向有效应力；c′、静力有效应力强度参数；室内共振柱试验应力状态下，τmax如公式(2)所示式中：K0为侧压力系数，K0＝σ′30/σ′10。 10.根据权利要求9所述的一种基于原位相对密度确定覆盖层土体动剪模量参数的方法，其特征在于：所述最大动剪模量Gmax，基于Hardin-Drnevich模式的双曲线假定，并联合现场剪切波速试验和室内波速试验共同确定。
所属类别：	发明专利