基于一維等應變和應力松弛試驗估算軟土次固結系數方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種估算軟土次固結系數方法，尤其適用于適用于水土治理中使用的基于一維等應變和應力松弛試驗估算軟土次固結系數方法。
【背景技術】
[0002]近年來，越來越多的圍海造陸工程項目面臨著軟土地基流變問題，對軟土流變模型的研究及其參數確定有利于了解軟土的流變特性，并指導工程實踐。次固結系數常常被用作流變模型的流變參數，其是由一維蠕變試驗確定。常規的蠕變試驗采用應力控制式固結儀，通過逐級加載、24小時穩定法實施，整個試驗過程一般需要2周時間。采用常規試驗方法，耗時較長，不便于快速應用于工程。
[0003]經對現有的技術文獻檢索發現，中國專利CN101813691A，發明名稱:室內測定軟土次固結系數的方法及用于該方法的測量裝置，該專利計算次固結曲線下部直線段斜率，求出次固結系數Ca。通過在每級荷重下增加時間讀數，使整個曲線得以延長，次固結線段更清楚地反映出土體隨時間的增長而變化的規律。該專利基于傳統的固結試驗測定土的次固結系數，每級荷載下的蠕變時間遠超24h，整個時間遠超過2周時間，無法避開試驗耗時長的缺點。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足之處，提供一種方法簡單，檢測速度快，效率高，測量結果準確的基于一維等應變和應力松弛試驗估算次固結系數的方法
[0005]為達上述目的，本發明的基于一維等應變和應力松弛試驗估算軟土次固結系數方法，包括如下步驟:
[0006]a.采用常規等速率固結儀，對被測軟土進行一維等應變試驗，并記錄應變試驗數據中豎向應力σν隨軸向應變ε的應變試驗數據；
[0007]b.當軸向應變或豎向應力達到預設目標值時，停止一維等應變試驗的機器動力，保持軸向應變恒定，記錄此后被測軟土豎向應力σ ν隨時間t的應變試驗數據；
[0008]c.利用一維等應變試驗得到的應變試驗數據畫出e-ln σ ν曲線(e為孔隙比)，采用casagrande法在e_ln σ v曲線上尋找拐點P。，拐點P。對應的數值為被測軟土先期固結壓力，當豎向應力σν大于先期固結壓力P。時，利用公式:λ = Δβ/Δ1ησ ν，計算數據點切線斜率，數據點切線斜率即為壓縮指數λ，式中:Ae是孔隙比變化量；
[0009]d.根據被測軟土豎向應力σ v隨時間t的應變試驗數據，畫出In σ v-lnt的雙對數曲線圖，并利用公式Ra= ΔΙησ ν/Δ lnt，獲得In。v_lnt的雙對數曲線的曲線斜率，In σ v-lnt的雙對數曲線中時間t大于20mins后的曲線斜率即為應力松弛系數Ra ；
[0010]e.利用公式Φ = λ.Ra計算被測軟土的次固結系數Φ。
[0011]將被測軟土在一維狀態下等應變壓縮至軸向應變達到目標值(5%?15%范圍內)，然后停止豎向加載，保持應變不變，開始應力松弛。
[0012]有益效果:本發明基于一維等應變和應力松弛試驗估算軟土次固結系數方法，在一維等應變試驗和應力松弛試驗基礎上確定壓縮指數λ和應力松弛系數Ra，推導出次固結系數Φ。而耗時只需2?3天，有效節約試驗成本和時間成本，其方法簡單，檢測速度快，效率高，測量結果準確。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明一維等應變和應力松弛試驗e-ln σ ν特征圖；
[0014]圖2為本發明應力松弛試驗的In σ v-lnt特征圖；
[0015]圖3為本發明實施例中一維等應變和應力松弛試驗e-ln σ ν特征圖；
[0016]圖4為本發明實施例中應力松弛試驗的In σ v-lnt特征圖。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發明的實施例作詳細說明:
[0018]本發明的基于一維等應變和應力松弛試驗估算軟土次固結系數方法，包括如下步驟:
[0019]a.采用常規等速率固結儀，對被測軟土進行一維等應變試驗，并記錄應變試驗數據中豎向應力σν隨軸向應變ε的應變試驗數據；
[0020]b.當軸向應變或豎向應力達到預設目標值時，停止一維等應變試驗的機器動力，保持軸向應變恒定，記錄此后被測軟土豎向應力σ ν隨時間t的應變試驗數據；
[0021]c.利用一維等應變試驗得到的應變試驗數據畫出e-ln σ ν曲線(e為孔隙比)，采用casagrande法在e_ln σ v曲線上尋找拐點P。，拐點P。對應的數值為被測軟土先期固結壓力，當豎向應力σν大于P。時，利用公式:λ = Δβ/Δ1ησ ν，計算數據點切線斜率，數據點切線斜率即為壓縮指數λ，式中:Δ e是孔隙比變化量；
[0022]d.如圖2所示，根據被測軟土豎向應力σ v隨時間t的變化數據，畫出In σ v-lnt的雙對數曲線圖，并利用公式Ra= ΔΙησ v/Alnt，獲得In Ov-1nt的雙對數曲線的曲線斜率，時間t大于20mins后的曲線斜率即為應力松弛系數Ra;
[0023]e.利用公式Φ = λ.Ra計算被測軟土的次固結系數Φ。
[0024]當被測軟土在一維狀態下等應變壓縮至軸向應變達到目標值(5%?15%范圍內)，然后停止豎向加載，保持應變不變，開始應力松弛。
[0025]具體實施例1:
[0026]利用上述方法對Berthierville天然軟土的次固結系數進行預測分析，該地區軟土初始孔隙比為1.73，液限和塑限分別為43%和22%。在此場地上需要筑建一條路堤，為分析路堤的長期變形和穩定性，需要了解此土體的流變特性。由于常規蠕變試驗耗時較長，通過常規方法確定次固結系數需要較高的時間成本。
[0027]為此，需要估算土樣的次固結系數來進行工程計算分析，包括以下步驟:
[0028]步驟一，采用常規等速率固結儀，對軟土進行一維等應變試驗，應變速率為
6.35X 10 6/s，記錄豎向應力σν隨軸向應變ε變化規律；
[0029]步驟二，當軸向應變達到目標值13.5%時，通過應變量調整，得到如圖3所示R3位置，停止機器動力，此時豎向應力為130kPa ;保持軸向應變恒定，記錄豎向應力σ v隨時間t的變化規律，豎向應力從130kPa隨著時間開始衰減；
[0030]步驟三，根據步驟一結果，采用casagrande法測定土樣先期固結壓力P。，如圖3所示，本實施例Pc= 64kPa。壓縮指數λ近似等于0.492 ；
[0031]步驟四，根據步驟二結果，畫出Inov-1nt的雙對數曲線如圖4所示，基于所畫曲線獲得應力松弛系數Ra近似等于0.066 ;
[0032]步驟五，Berthierville軟土的次固結系數可估算為
[0033]φ = λ.Ra = 0.492.0.066 = 0.0325
[0034]而根據常規蠕變試驗，其試驗次固結系數值為0.031，從而本發明所公開方法引起的誤差為4.8%，對巖土工程而目，此誤差在允許范圍之內。
[0035]由此可知，利用本發明確定Berthierville軟土的次固結系數，不需要婦變試驗。只進行快速的等應變和應力松弛試驗即可，方法極為方便有效。
【主權項】
1.一種基于一維等應變和應力松弛試驗估算軟土次固結系數方法，其特征在于包括如下步驟: a.采用常規等速率固結儀，對被測軟土進行一維等應變試驗，并記錄應變試驗數據中豎向應力σν隨軸向應變ε的應變試驗數據； b.當軸向應變或豎向應力達到預設目標值時，停止一維等應變試驗的機器動力，保持軸向應變恒定，記錄此后被測軟土豎向應力σ v隨時間t的應變試驗數據； C.利用一維等應變試驗得到的應變試驗數據畫出e-lnov曲線(e為孔隙比)，采用casagrande法在e_ln σ v曲線上尋找拐點P。，拐點P。對應的數值為被測軟土先期固結壓力，當豎向應力σν大于先期固結壓力P。時，利用公式:λ = Δβ/Δ1ησ ν，計算數據點切線斜率，數據點切線斜率即為壓縮指數λ，式中:Ae是孔隙比變化量； d.根據被測軟土豎向應力σv隨時間t的應變試驗數據，畫出In σ v-lnt的雙對數曲線圖，并利用公式Ra= Alno v/Alnt，獲得In Ov-1nt的雙對數曲線的曲線斜率，In Ov-1nt的雙對數曲線中時間t大于20mins后的曲線斜率即為應力松弛系數Ra ； e.利用公式Φ= λ.Ra計算被測軟土的次固結系數Φ。2.如權利要求1所述的基于一維等應變和應力松弛試驗估算軟土次固結系數方法，其特征在于:將被測軟土在一維狀態下等應變壓縮至軸向應變達到目標值(5%?15%范圍內)，然后停止豎向加載，保持應變不變，開始應力松弛。
【專利摘要】本發明公開了一種基于一維等應變和應力松弛試驗估算次固結系數方法，適用于水土治理中使用。其步驟為：首先對土樣進行一維等應變速率試驗至目標荷載，測得土的壓縮指數；接著進行應力松弛試驗，測得土的應力松弛系數。進而通過次固結系數與壓縮指數、應力松弛系數之間的關系，計算出次固結系數。本方法簡單，耗時短，具有節約試驗成本和時間成本，提高試驗效率及參數確定的優點。
【IPC分類】G01N33/24
【公開號】CN105181934
【申請號】CN201510593979
【發明人】朱啟銀, 周國慶, 陳拓, 商翔宇, 王建州, 梁恒昌, 趙光思
【申請人】中國礦業大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月17日