本發(fā)明涉及一種軟土次固結(jié)系數(shù)描述方法，特別是涉及一種預(yù)測(cè)軟土地基流變的基于孔隙的重塑軟土次固結(jié)系數(shù)非線性方法。

背景技術(shù)：

近年來，越來越多的圍海造陸工程項(xiàng)目面臨著軟土地基流變問題，土體流變特性研究的關(guān)鍵在于確定次固結(jié)系數(shù)，其常常被用作流變模型的流變參數(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)并指導(dǎo)工程實(shí)踐。次固結(jié)系數(shù)一般通過一維蠕變?cè)囼?yàn)確定。蠕變?cè)囼?yàn)采用應(yīng)力控制式固結(jié)儀，通過逐級(jí)加載、24小時(shí)穩(wěn)定法實(shí)施，得到各級(jí)加載條件下的壓縮曲線，然后測(cè)量次固結(jié)系數(shù)。

經(jīng)對(duì)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(cè)定軟土次固結(jié)系數(shù)的方法及用于該方法的測(cè)量裝置，該專利計(jì)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(shì)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(yàn)測(cè)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(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種更為合理的，更為精確的次固結(jié)系數(shù)描述方法。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提出一種基于孔隙的重塑軟土次固結(jié)系數(shù)非線性方法，包括如下步驟：

a.在被測(cè)區(qū)域采集軟土，將采集到的軟土進(jìn)行重塑后獲得重塑軟土試樣，將重塑軟土試樣進(jìn)行一維次固結(jié)實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)中根據(jù)規(guī)范法逐級(jí)向被測(cè)軟土加載荷載，每級(jí)荷載施加24小時(shí)；

b.通過一維次固結(jié)實(shí)驗(yàn)獲取重塑軟土試樣在每一級(jí)負(fù)荷下的孔隙比數(shù)據(jù)，根據(jù)所有孔隙比數(shù)據(jù)得到各級(jí)荷載條件下重塑軟土試樣的孔隙比數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的壓縮曲線，通過壓縮曲線獲得分別與各個(gè)孔隙比對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)；

c.將所有孔隙比數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)數(shù)據(jù)繪入雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系構(gòu)成雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，對(duì)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖進(jìn)行線性關(guān)系擬合，使點(diǎn)狀坐標(biāo)圖轉(zhuǎn)換為線性坐標(biāo)圖，并根據(jù)線性坐標(biāo)圖獲得圖中線性函數(shù)的斜率；

d.對(duì)被測(cè)軟土進(jìn)行基本物理力學(xué)特性測(cè)試獲得飽和狀態(tài)下軟土液限孔隙比，利用飽和軟土液限孔隙比代入線性坐標(biāo)圖，配合線性函數(shù)的斜率得到飽和軟土液限孔隙所比對(duì)應(yīng)的飽和軟土液限次固結(jié)系數(shù)；

綜上，基于孔隙的重塑軟土次固結(jié)系數(shù)非線性描述方式為：

式中ψ為向被測(cè)軟土施加每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)，e為向被測(cè)軟土施加每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的軟土樣孔隙比，ψl為飽和軟土液限次固結(jié)系數(shù)，el為飽和軟土液限孔隙比，n為線性函數(shù)斜率。

所述進(jìn)行基本物理力學(xué)特性測(cè)試獲取軟土信息，包括軟土樣的初始孔隙比e0、液限wl和比重gs，并通過液限wl和比重gs獲得飽和軟土液限孔隙比el。

計(jì)算出向被測(cè)軟土施加每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)以及相應(yīng)的孔隙比利用公式：ψ＝δe/δlogt獲得。

重塑軟土次固結(jié)系數(shù)非線性表達(dá)式采用液限孔隙比作為參考值。

有益效果：本發(fā)明基于孔隙的重塑軟土次固結(jié)系數(shù)非線性描述方法，通過在一維次固結(jié)系數(shù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上獲取被測(cè)荷載對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)與孔隙比值，獲得相對(duì)應(yīng)的擬合雙對(duì)數(shù)函數(shù)描述，利用飽和液限孔隙比作為基準(zhǔn)值在log坐標(biāo)下線性擬合，得到隨孔隙變化的次固結(jié)系數(shù)在正常坐標(biāo)中的非線性連續(xù)描述方法。本方法通過獲取建造碼頭港口處相應(yīng)被測(cè)軟土的信息，推導(dǎo)出被測(cè)軟土的次固結(jié)系數(shù)與孔隙比關(guān)系，從而有效預(yù)測(cè)碼頭港口地基下軟土在施加不同荷載時(shí)地基流變的情況，從而有效模擬分析得到擬建碼頭港口的長(zhǎng)期變形狀況和穩(wěn)定性，不需要其他特殊的試驗(yàn)方法，描述公式簡(jiǎn)單、合理且更為精確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明次固結(jié)系數(shù)與孔隙比在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的特征圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一維次固結(jié)試驗(yàn)及次固結(jié)系數(shù)分析；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中次固結(jié)系數(shù)與孔隙比在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的線性擬合函數(shù)；

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作詳細(xì)說明：

本發(fā)明的一種基于孔隙的重塑軟土次固結(jié)系數(shù)非線性方法，包括如下步驟：

a.在被測(cè)區(qū)域采集軟土，將采集到的軟土進(jìn)行重塑后獲得重塑軟土試樣，將重塑軟土試樣進(jìn)行一維次固結(jié)實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)中根據(jù)規(guī)范法逐級(jí)向被測(cè)軟土加載荷載，每級(jí)荷載施加24小時(shí)；

b.通過一維次固結(jié)實(shí)驗(yàn)獲取重塑軟土試樣在每一級(jí)負(fù)荷下的孔隙比數(shù)據(jù)，根據(jù)所有孔隙比數(shù)據(jù)得到各級(jí)荷載條件下重塑軟土試樣的孔隙比數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的壓縮曲線，通過壓縮曲線獲得分別與各個(gè)孔隙比對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)；利用公式：ψ＝δe/δlogt計(jì)算出向被測(cè)軟土施加每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)以及相應(yīng)的孔隙比，ψ為向被測(cè)軟土施加每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)，e為向被測(cè)軟土施加每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的軟土樣孔隙比；

c.如圖1所示，將所有孔隙比數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)數(shù)據(jù)繪入雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系構(gòu)成雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，對(duì)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖進(jìn)行線性關(guān)系擬合，使點(diǎn)狀坐標(biāo)圖轉(zhuǎn)換為線性坐標(biāo)圖，并根據(jù)線性坐標(biāo)圖獲得圖中線性函數(shù)的斜率；

d.對(duì)被測(cè)軟土進(jìn)行基本物理力學(xué)特性測(cè)試獲得飽和狀態(tài)下軟土液限孔隙比，基本物理力學(xué)特性測(cè)試獲取軟土信息，包括軟土樣的初始孔隙比e0、液限wl和比重gs，并通過液限wl和比重gs獲得飽和軟土液限孔隙比el，利用飽和軟土液限孔隙比el代入線性坐標(biāo)圖，配合線性函數(shù)的斜率n得到飽和軟土液限孔隙所比el對(duì)應(yīng)的飽和軟土液限次固結(jié)系數(shù)ψl；

綜上，基于孔隙的重塑軟土次固結(jié)系數(shù)非線性描述方式為：

式中ψ為向被測(cè)軟土施加每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)，e為向被測(cè)軟土施加每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的軟土樣孔隙比，ψl為飽和軟土液限次固結(jié)系數(shù)，el為飽和軟土液限孔隙比，n為線性函數(shù)斜率，重塑軟土次固結(jié)系數(shù)非線性表達(dá)式采用液限孔隙比作為參考值。

具體實(shí)施例1：

溫州沿海某吹填土場(chǎng)地(重塑土)擬建港口工程，為分析擬建基礎(chǔ)設(shè)施的長(zhǎng)期變形和穩(wěn)定性，需要了解此土體的流變特性，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(chǎng)地土樣次固結(jié)系數(shù)非線性演變規(guī)律，包括以下步驟：

步驟一，基本物理力學(xué)特性測(cè)試，獲得溫州軟土樣初始孔隙比e0為1.79，液限wl為65％，比重gs＝2.69，從而根據(jù)液限和比重可以計(jì)算出飽和溫州軟土液限孔隙比為el＝1.73；

步驟二，利用上述方法對(duì)溫州天然軟土的重塑土樣進(jìn)行了一維次固結(jié)實(shí)驗(yàn)，每級(jí)荷載24小時(shí)，試驗(yàn)得到50kpa、100kpa、200kpa、400kpa、800kpa、1600kpa荷載條件下孔隙比隨時(shí)間變化的壓縮曲線，如圖2所示；根據(jù)次固結(jié)系數(shù)ψ的定義，ψ＝δe/δlogt，計(jì)算出每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的次固結(jié)系數(shù)及相應(yīng)的孔隙比e，具體數(shù)值已標(biāo)于圖2；

步驟三，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下繪出步驟二得到的次固結(jié)系數(shù)ψ與對(duì)應(yīng)的孔隙比e，如圖3所示，采用線性關(guān)系擬合，從而得到擬合直線斜率n值，本實(shí)施例n＝0.5503；

步驟四，根據(jù)步驟一所得el和步驟三所得擬合函數(shù)，計(jì)算得到ψl＝0.0263；

步驟五，綜上，重塑溫州軟土次固結(jié)系數(shù)非線性表達(dá)式可以描述為

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