CN106991253A - 基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方法，适用于预测软土地基流变使用。首先对重塑软土样进行物理力学测试，计算出液限孔隙比；接着进行一维固结实验，测得各级荷载下次固结变形，并计算次固结系数；次固结系数和对应孔隙比在双对数坐标下线性拟合，进而采用液限孔隙比作为参考值，获得基于孔隙比的重塑土次固结系数非线性方法。本描述方法方法简单，不需要额外增加试验成本，有效提高重塑软土次固结系数描述的精度。

Description

基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方法

技术领域

本发明涉及一种软土次固结系数描述方法，特别是涉及一种预测软土地基流变的基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性方法。

背景技术

近年来，越来越多的围海造陆工程项目面临着软土地基流变问题，土体流变特性研究的关键在于确定次固结系数，其常常被用作流变模型的流变参数进行工程设计并指导工程实践。次固结系数一般通过一维蠕变试验确定。蠕变试验采用应力控制式固结仪，通过逐级加载、24小时稳定法实施，得到各级加载条件下的压缩曲线，然后测量次固结系数。

经对现有的技术文献检索发现，中国专利CN101813691A，发明名称：室内测定软土次固结系数的方法及用于该方法的测量装置，该专利计算次固结曲线下部直线段斜率，求出次固结系数。根据曲线趋势即次固结系数推算出建筑物最终沉降量。该专利基于传统的固结试验测定的次固结系数一般为常数，无法描述土体随压缩变形次固结变形逐渐减小的趋势。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种更为合理的，更为精确的次固结系数描述方法。

为达上述目的，本发明提出一种基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性方法，包括如下步骤：

a.在被测区域采集软土，将采集到的软土进行重塑后获得重塑软土试样，将重塑软土试样进行一维次固结实验，试验中根据规范法逐级向被测软土加载荷载，每级荷载施加24小时；

b.通过一维次固结实验获取重塑软土试样在每一级负荷下的孔隙比数据，根据所有孔隙比数据得到各级荷载条件下重塑软土试样的孔隙比数据随时间变化的压缩曲线，通过压缩曲线获得分别与各个孔隙比对应的次固结系数；

c.将所有孔隙比数据和对应的次固结系数数据绘入双对数坐标系构成双对数坐标图，对双对数坐标图进行线性关系拟合，使点状坐标图转换为线性坐标图，并根据线性坐标图获得图中线性函数的斜率；

d.对被测软土进行基本物理力学特性测试获得饱和状态下软土液限孔隙比，利用饱和软土液限孔隙比代入线性坐标图，配合线性函数的斜率得到饱和软土液限孔隙所比对应的饱和软土液限次固结系数；

综上，基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方式为：

式中ψ为向被测软土施加每级荷载对应的次固结系数，e为向被测软土施加每级荷载对应的软土样孔隙比，ψ_L为饱和软土液限次固结系数，e_L为饱和软土液限孔隙比，n为线性函数斜率。

所述进行基本物理力学特性测试获取软土信息，包括软土样的初始孔隙比e₀、液限w_L和比重G_s，并通过液限w_L和比重G_s获得饱和软土液限孔隙比e_L。

计算出向被测软土施加每级荷载对应的次固结系数以及相应的孔隙比利用公式：ψ＝Δe/Δlogt获得。

重塑软土次固结系数非线性表达式采用液限孔隙比作为参考值。

有益效果：本发明基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方法，通过在一维次固结系数试验基础上获取被测荷载对应的次固结系数与孔隙比值，获得相对应的拟合双对数函数描述，利用饱和液限孔隙比作为基准值在log坐标下线性拟合，得到随孔隙变化的次固结系数在正常坐标中的非线性连续描述方法。本方法通过获取建造码头港口处相应被测软土的信息，推导出被测软土的次固结系数与孔隙比关系，从而有效预测码头港口地基下软土在施加不同荷载时地基流变的情况，从而有效模拟分析得到拟建码头港口的长期变形状况和稳定性，不需要其他特殊的试验方法，描述公式简单、合理且更为精确。

附图说明

图1为本发明次固结系数与孔隙比在双对数坐标下的特征图；

图2为本发明实施例中一维次固结试验及次固结系数分析；

图3为本发明实施例中次固结系数与孔隙比在双对数坐标下的线性拟合函数；

具体实施方式

下面对本发明的一个实施例作详细说明：

本发明的一种基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性方法，包括如下步骤：

a.在被测区域采集软土，将采集到的软土进行重塑后获得重塑软土试样，将重塑软土试样进行一维次固结实验，试验中根据规范法逐级向被测软土加载荷载，每级荷载施加24小时；

b.通过一维次固结实验获取重塑软土试样在每一级负荷下的孔隙比数据，根据所有孔隙比数据得到各级荷载条件下重塑软土试样的孔隙比数据随时间变化的压缩曲线，通过压缩曲线获得分别与各个孔隙比对应的次固结系数；利用公式：ψ＝Δe/Δlogt计算出向被测软土施加每级荷载对应的次固结系数以及相应的孔隙比，ψ为向被测软土施加每级荷载对应的次固结系数，e为向被测软土施加每级荷载对应的软土样孔隙比；

c.如图1所示，将所有孔隙比数据和对应的次固结系数数据绘入双对数坐标系构成双对数坐标图，对双对数坐标图进行线性关系拟合，使点状坐标图转换为线性坐标图，并根据线性坐标图获得图中线性函数的斜率；

d.对被测软土进行基本物理力学特性测试获得饱和状态下软土液限孔隙比，基本物理力学特性测试获取软土信息，包括软土样的初始孔隙比e₀、液限w_L和比重G_s，并通过液限w_L和比重G_s获得饱和软土液限孔隙比e_L，利用饱和软土液限孔隙比e_L代入线性坐标图，配合线性函数的斜率n得到饱和软土液限孔隙所比e_L对应的饱和软土液限次固结系数ψ_L；

综上，基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方式为：

式中ψ为向被测软土施加每级荷载对应的次固结系数，e为向被测软土施加每级荷载对应的软土样孔隙比，ψ_L为饱和软土液限次固结系数，e_L为饱和软土液限孔隙比，n为线性函数斜率，重塑软土次固结系数非线性表达式采用液限孔隙比作为参考值。

具体实施例1：

温州沿海某吹填土场地(重塑土)拟建港口工程，为分析拟建基础设施的长期变形和稳定性，需要了解此土体的流变特性，而常规情况下视次固结系数为常数的假设不满足精度要求。

为此，需要得到场地土样次固结系数非线性演变规律，包括以下步骤：

步骤一，基本物理力学特性测试，获得温州软土样初始孔隙比e₀为1.79，液限w_L为65％，比重G_s＝2.69，从而根据液限和比重可以计算出饱和温州软土液限孔隙比为e_L＝1.73；

步骤二，利用上述方法对温州天然软土的重塑土样进行了一维次固结实验，每级荷载24小时，试验得到50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1600kPa荷载条件下孔隙比随时间变化的压缩曲线，如图2所示；根据次固结系数ψ的定义，ψ＝Δe/Δlogt，计算出每级荷载对应的次固结系数及相应的孔隙比e，具体数值已标于图2；

步骤三，在双对数坐标系下绘出步骤二得到的次固结系数ψ与对应的孔隙比e，如图3所示，采用线性关系拟合，从而得到拟合直线斜率n值，本实施例n＝0.5503；

步骤四，根据步骤一所得e_L和步骤三所得拟合函数，计算得到ψ_L＝0.0263；

步骤五，综上，重塑温州软土次固结系数非线性表达式可以描述为

由此可知，利用本发明确定软土的次固结系数非线性描述，只需要传统的次固结试验，不需要额外的试验成本，方法极为方便有效。

Claims (4)

1.一种基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方法，其特征在于包括如下步骤：

a.在被测区域采集软土，将采集到的软土进行重塑后获得重塑软土试样，将重塑软土试样进行一维次固结实验，试验中根据规范法逐级向被测软土加载荷载，每级荷载施加24小时；

b.通过一维次固结实验获取重塑软土试样在每一级负荷下的孔隙比数据，根据所有孔隙比数据得到各级荷载条件下重塑软土试样的孔隙比数据随时间变化的压缩曲线，通过压缩曲线获得分别与各个孔隙比对应的次固结系数；

c.将所有孔隙比数据和对应的次固结系数数据绘入双对数坐标系构成双对数坐标图，对双对数坐标图进行线性关系拟合，使点状坐标图转换为线性坐标图，并根据线性坐标图获得图中线性函数的斜率；

d.对被测软土进行基本物理力学特性测试获得饱和状态下软土液限孔隙比，利用饱和软土液限孔隙比代入线性坐标图，配合线性函数的斜率得到饱和软土液限孔隙所比对应的饱和软土液限次固结系数；

综上，基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方式为：

$\mathrm{\ψ}={\mathrm{\ψ}}_L{\left(\frac{e}{e_L}\right)}^n$

式中ψ为向被测软土施加每级荷载对应的次固结系数，e为向被测软土施加每级荷载对应的软土样孔隙比，ψ_L为饱和软土液限次固结系数，e_L为饱和软土液限孔隙比，n为线性函数斜率。

2.如权利要求1所述的基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方法，其特征在于：所述进行基本物理力学特性测试获取软土信息，包括软土样的初始孔隙比e₀、液限w_L和比重G_s，并通过液限w_L和比重G_s获得饱和软土液限孔隙比e_L。

3.如权利要求1所述的基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方法，其特征在于计算出向被测软土施加每级荷载对应的次固结系数以及相应的孔隙比利用公式：ψ＝Δe/Δlogt获得。

4.如权利要求1所述的基于孔隙的重塑软土次固结系数非线性描述方法，其特征在于：重塑软土次固结系数非线性表达式采用液限孔隙比作为参考值。