本發(fā)明涉及一種軟土次固結(jié)系數(shù)描述方法，尤其適用于地質(zhì)領(lǐng)域中預(yù)測軟土地基流變使用的結(jié)構(gòu)性軟土次固結(jié)系數(shù)非線性描述方法。

背景技術(shù)：

軟土在我國中東部和河流沖積帶廣泛分布，而這些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較好，近年來，越來越多的基礎(chǔ)設(shè)施面臨著軟土地基流變問題，為指導(dǎo)工程設(shè)計和施工，流變模型常常被用于輔助設(shè)計和分析，而這其中的關(guān)鍵之一在于確定合理的次固結(jié)系數(shù)。次固結(jié)系數(shù)一般通過一維蠕變試驗確定。蠕變試驗采用應(yīng)力控制式固結(jié)儀，通過逐級加載、24小時穩(wěn)定法實施，得到各級加載條件下的壓縮曲線，然后測量次固結(jié)系數(shù)。

經(jīng)對現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利cn101813691a，發(fā)明名稱：室內(nèi)測定軟土次固結(jié)系數(shù)的方法及用于該方法的測量裝置，該專利計算次固結(jié)曲線下部直線段斜率，求出次固結(jié)系數(shù)。根據(jù)曲線趨勢即次固結(jié)系數(shù)推算出建筑物最終沉降量。該專利基于傳統(tǒng)的固結(jié)試驗測定的次固結(jié)系數(shù)一般為常數(shù)，無法描述土體隨壓縮變形次固結(jié)變形逐漸減小的趨勢，并且沒有考慮土體自身結(jié)構(gòu)特性對次固結(jié)變形的影響，而結(jié)構(gòu)性特性又是結(jié)構(gòu)性軟土流變特征的主要影響因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種描述合理，精度高的結(jié)構(gòu)性軟土次固結(jié)系數(shù)描述方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)性軟土次固結(jié)系數(shù)非線性描述方法，包括如下步驟：

a.從被測區(qū)域采集軟土，將采集的原狀軟土制作成原狀土試樣，將采集軟土經(jīng)過打碎烘干并加水配比制作成重塑軟土試樣；

b.分別對原狀軟土試樣和重塑軟土試樣進(jìn)行完整的一維次固結(jié)實驗，試驗中根據(jù)規(guī)范法分別逐級向原狀土試樣和重塑軟土試樣加載荷載，分別得到試驗中各級荷載條件下原狀土試樣和重塑軟土試樣的孔隙比隨時間變化的壓縮曲線，即原狀土試樣壓縮曲線和重塑軟土試樣壓縮曲線；

c.分別利用原狀土試樣壓縮曲線和重塑軟土試樣壓縮曲線得到一維次固結(jié)實驗中向原狀土試樣和重塑軟土試樣加載各級荷載時對應(yīng)的原狀土次固結(jié)系數(shù)和重塑土次固結(jié)系數(shù)；

d.分別利用原狀土試樣壓縮曲線和重塑軟土試樣壓縮曲線對應(yīng)的每級荷載與孔隙比數(shù)據(jù)繪制出原狀土試樣的e-ln(p’)曲線和重塑軟土試樣的e-ln(p’)曲線，從原狀土試樣的e-ln(p’)曲線上量取回彈指數(shù)κ和壓縮指數(shù)最大值λ0，從重塑軟土試樣的e-ln(p’)曲線上量取壓縮指數(shù)λi；

e.分別利用原狀土試樣和重塑軟土試樣在各級荷載條件下得到的次固結(jié)系數(shù)與相對應(yīng)的孔隙比數(shù)據(jù)繪制原狀土試樣的e-ψ圖和重塑軟土試樣的e-ψ圖；

f.根據(jù)重塑軟土試樣的e-ψ圖對重塑軟土試樣次固結(jié)系數(shù)取平均值，從而得到重塑軟土試樣次固結(jié)平均系數(shù)，所有原狀軟土試樣的次固結(jié)系數(shù)分別與重塑軟土試樣的次固結(jié)平均系數(shù)的差值，即為不同荷載情況下下土體結(jié)構(gòu)性的影響，原狀土次固結(jié)系數(shù)隨著孔隙比的減小先逐漸增大，到達(dá)最大值后逐漸減??；

g.結(jié)構(gòu)性軟土次固結(jié)系數(shù)非線性表達(dá)式描述為：

ψs＝(ω+1)ψi

約束條件：

ω0＝(λ0-λi)/(λi-κ)

式中：ψi為重塑軟土試樣的次固結(jié)平均系數(shù)，ψs為原狀軟土試樣的次固結(jié)系數(shù)，ω為被測區(qū)域采集軟土的土體結(jié)構(gòu)對次固結(jié)系數(shù)影響系數(shù)，ζ為材料參數(shù)，根據(jù)ω的衰減曲線擬合得到，式中代表原狀軟土試樣的非彈性應(yīng)變由一維次固結(jié)實驗獲得，ω0為土體結(jié)構(gòu)對次固結(jié)系數(shù)影響系數(shù)最大值，λi為重塑軟土試樣的壓縮指數(shù)，κ為原始軟土試樣的回彈指數(shù)，λ0為原始軟土試樣的壓縮指數(shù)最大值。

利用軟土試樣壓縮曲線得到一維次固結(jié)實驗中向軟土試樣加載各級荷載時對應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)ψ的公式為ψ＝δe/δlogt，式中，e為孔隙比，t為時間。表征土結(jié)構(gòu)性的參數(shù)值隨著非彈性應(yīng)變增加呈指數(shù)關(guān)系減小。ψs-ψi＝ωψi獲得原狀軟土試樣的次固結(jié)系數(shù)ψs與重塑軟土試樣的次固結(jié)平均系數(shù)ψi之間的差值即為土體結(jié)構(gòu)性的影響ωψi。

有益效果：本發(fā)明假設(shè)重塑土次固結(jié)系數(shù)為常數(shù)，通過引入一個在非彈性體積應(yīng)變下呈指數(shù)衰減的參數(shù)ω來代表原狀軟土結(jié)構(gòu)對次固結(jié)系數(shù)的影響，從而建議結(jié)構(gòu)性軟土的次固結(jié)系數(shù)非線性連續(xù)描述方法，本描述方法無需要其他特殊的試驗方法，描述簡單合理，通過原狀結(jié)構(gòu)性土體的流變特性，為分析擬建路堤的長期變形和穩(wěn)定性提供了有效的支持。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)性與重塑土次固結(jié)系數(shù)與體積應(yīng)變關(guān)系特征圖；

圖2為本發(fā)明中原狀土試樣和重塑土試樣的壓縮曲線；

圖3為本發(fā)明中原狀土試樣次固結(jié)系數(shù)和重塑土試樣次固結(jié)系數(shù)隨孔隙比演變規(guī)律；

圖4為本發(fā)明實施例中參數(shù)ω與非彈性應(yīng)變關(guān)系及指數(shù)擬合曲線；

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明：

a.從被測區(qū)域采集軟土，將采集軟土打碎后烘干再加水配成試驗所需的含水率后制成重塑軟土試樣，對重塑軟土試樣進(jìn)行一維次固結(jié)實驗，根據(jù)規(guī)范法逐級向重塑軟土試樣加載荷載，得到各級荷載條件下重塑軟土試樣的孔隙比隨時間變化的壓縮曲線；

b.利用公式：ψ＝δe/δlogt通過壓縮曲線得到一維次固結(jié)實驗中向重塑軟土試樣加載各級荷載時對應(yīng)的重塑土次固結(jié)系數(shù)ψ；利用壓縮曲線對應(yīng)的每級荷載與孔隙比數(shù)據(jù)繪制出重塑軟土試樣的e-ln(p’)曲線，從重塑軟土試樣的e-ln(p’)曲線上量取重塑軟土試樣壓縮指數(shù)λi；

c.根據(jù)各級荷載條件下得到的重塑土次固結(jié)系數(shù)與相對應(yīng)的孔隙比數(shù)據(jù)繪制孔隙比-次固結(jié)系數(shù)圖(e-ψ圖)，對所有重塑軟土試樣的次固結(jié)系數(shù)取平均值得到重塑軟土試樣次固結(jié)平均系數(shù)ψi；

d.將被測區(qū)域采集的原狀軟土作為試樣直接進(jìn)行一維次固結(jié)實驗，得到各級荷載條件下原始軟土試樣的孔隙比隨時間變化的原始軟土試樣壓縮曲線；利用原始軟土試樣壓縮曲線對應(yīng)的每級荷載與孔隙比數(shù)據(jù)繪制出原始軟土試樣的e-ln(p’)曲線，從原始軟土試樣的e-ln(p’)曲線上量取原始軟土試樣回彈指數(shù)κ和原始軟土試樣壓縮指數(shù)最大值λ0；

e.根據(jù)各級荷載條件下得到的原狀土次固結(jié)系數(shù)與相對應(yīng)的孔隙比數(shù)據(jù)繪制e-ψ圖，利用公式：ψs-ψi＝ωψi將所有原狀軟土試樣的次固結(jié)系數(shù)ψs分別與重塑軟土試樣的次固結(jié)平均系數(shù)ψi的差值即為土體結(jié)構(gòu)性的影響ωψi；式中，ω即為被測區(qū)域采集軟土的土體結(jié)構(gòu)對次固結(jié)系數(shù)影響系數(shù)；原狀土次固結(jié)系數(shù)ψ隨著孔隙比的減小先逐漸增大，到達(dá)最大值ψs0，隨后逐漸減??；

f.結(jié)構(gòu)性軟土次固結(jié)系數(shù)非線性表達(dá)式描述為：

ψs＝(ω+1)ψi

約束條件：

ω0＝(λ0-λi)/(λi-κ)

式中：式中：ψi為重塑軟土試樣的次固結(jié)平均系數(shù)，ψs為原狀軟土試樣的次固結(jié)系數(shù)，ω為被測區(qū)域采集軟土的土體結(jié)構(gòu)對次固結(jié)系數(shù)影響系數(shù)，ζ為材料參數(shù)，根據(jù)ω的衰減曲線擬合得到，式中代表原狀軟土試樣的非彈性應(yīng)變由一維次固結(jié)實驗獲得，ω0為土體結(jié)構(gòu)對次固結(jié)系數(shù)影響系數(shù)最大值，λi為重塑軟土試樣的壓縮指數(shù)，κ為原始軟土試樣的回彈指數(shù)，λ0為原始軟土試樣的壓縮指數(shù)最大值。

表征土結(jié)構(gòu)性的參數(shù)值隨著非彈性應(yīng)變增加呈指數(shù)關(guān)系減小。

具體實施例1：

如圖2所示，溫州某天然沉積土場地擬建路堤工程，為分析擬建路堤的長期變形和穩(wěn)定性，需要了解此原狀結(jié)構(gòu)性土體的流變特性，而常規(guī)情況下視次固結(jié)系數(shù)為常數(shù)的假設(shè)不滿足精度要求。

為此，需要得到場地結(jié)構(gòu)性土次固結(jié)系數(shù)非線性演變規(guī)律，包括以下步驟：

步驟一，采用常規(guī)固結(jié)儀，對重塑軟土試樣進(jìn)行了一維次固結(jié)實驗，根據(jù)規(guī)范法逐級加載，每級荷載施加24小時，試驗得到各級荷載條件下孔隙比隨時間變化的壓縮曲線，根據(jù)次固結(jié)系數(shù)ψ的定義，ψ＝δe/δlogt，計算出每級荷載對應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)；繪制e-ln(p’)曲線，如圖2中重塑土所示，從曲線上量取壓縮指數(shù)λi＝0.204；

步驟二，根據(jù)各級荷載條件下得到的重塑土次固結(jié)系數(shù)，繪制e-ψ圖，如圖3所示，對次固結(jié)系數(shù)取平均值，ψi＝0.0085；

步驟三，采用常規(guī)固結(jié)儀，對原狀軟土試樣進(jìn)行了一維次固結(jié)實驗，根據(jù)規(guī)范法逐級加載，同樣每級荷載加載24小時，得到各級荷載對應(yīng)的孔隙比，然后繪出e-ln(p’)曲線，如圖2中原狀土所示，回彈指數(shù)κ＝0.0027，量取壓縮指數(shù)最大值λ0＝0.68，計算出系數(shù)ω0＝(λ0-λi)/(λi-κ)＝2.7；

步驟四，綜上，結(jié)構(gòu)性軟土次固結(jié)系數(shù)非線性表達(dá)式可以描述為

ψ＝(ω+1)ψi

式中ω表示為

ζ為材料參數(shù)，如圖4所示，根據(jù)由壓縮曲線和e-ψ曲線得到的圖擬合ζ＝8。從而結(jié)構(gòu)性溫州軟土的次固結(jié)系數(shù)為圖3中展示了原狀土次固結(jié)系數(shù)試驗與理論對比結(jié)果，本專利描述方法所計算的理論值與試驗值吻合較好。

由此可知，利用本發(fā)明確定結(jié)構(gòu)性軟土的次固結(jié)系數(shù)非線性描述，只需要傳統(tǒng)的次固結(jié)試驗，不需要額外的試驗成本，方法極為方便有效。