CN110057675A - 一种土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于岩土工程领域，公开了一种土体受扰动后的e‑logp’曲线的确定方法，包括：获取土层的划分信息、物理力学信息、工程设计参数；进行固结压缩试验，绘制原状土和重塑土的e‑logp’曲线，确定先期固结压力、原状土的压缩指数和回弹指数、重塑土的压缩指数；进行室内不排水三轴压缩试验，获取各土层土体不同围压下的q‑γs曲线，确定破坏剪切应变；建立三维数值模型，模拟施工过程，确定土体受扰动后的土体剪应变；确定土体受扰动后的扰动度；确定土体受扰动后的表观自重应力、表观屈服应力、压缩指数和回弹指数；确定土体受扰动后的e‑logp’曲线。本发明给实际工程土体变形预测带来了更为合理的依据。

Description

一种土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法
技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体地涉及一种土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法。
背景技术
软土地基上的大型工程如铁路、公路路堤、机场跑道、房屋建筑、地铁隧道、堤坝、桥梁等，其工后地基沉降为工程成败的关键所在，过大沉降变形可能引发结构破坏、倾倒等严重的工程事故。通常在设计之初需确定工后沉降，使用的地基沉降计算方法是基于土的压缩特性与土体的e-logp’曲线建立起来的。一般来说，工程施工不可避免地对地基土造成扰动，土体受扰动后，其固结、压缩、变形以及强度等工程性质会产生一定程度的变化，e-logp’曲线也存在差异，这种影响在结构性软土上尤为明显。我国珠江三角洲、长江三角洲以及沿海等地区广泛分布着结构性软土，如何确定扰动土体e-logp’曲线并准确预测地基沉降量，对控制工程施工的环境影响具有重要的意义。
经过对现有技术文献的检索发现，目前提出的e-logp’曲线的确定方法都是针对原状土或者重塑土，而扰动后土体的e-logp’曲线确定方法仍然空缺。如赵明华等在1990年于《湖南大学学报》发表的《压缩曲线公式化及其应用》上通过分析了大量试验资料，提出了用分段函数来确定原状土的e-logp’曲线；张书宪等人在2000年于《地质与勘探》发表的《如何确定土的先期固结压力的探讨》上提出了用多项式的样条插值数学模型来确定原状土的e-logp’曲线；王国欣等人在2003年于《岩土工程学报》发表的《原状结构性土先期固结压力及其结构强度的确定》上通过对原状土和重塑土的压缩试验分析，基于弹塑性微元体应力应变关系曲线提出了一种e-logp’曲线确定方法。虽然Hong and Onitsuka等人在1998年于《Soils and Foundations》发表的《A method of correcting yield stress andcompression index of Ariake clays for sample disturbance》上提出了土体扰动后的e-logp’曲线，但是该曲线只是大致的趋势，并没有给出具体的确定方法。
从工程实践应用角度来看，目前主要存在两个方面的问题：第一，仅基于重塑土样的室内研究结果，而未考虑土体被扰动后工程性质的变化，则会低估土体抵抗变形和破坏的能力，从而使设计偏于安全，造成经济上的浪费；第二，仅认识到较低应力状态下天然软粘土呈现低压缩性的特点而忽视了当应力水平超过屈服应力后以及土体受扰动后压缩性迅速增大的现象，则会高估软粘土抵抗变形的能力，从而给工程安全带来隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，该土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法可以准确的确定施工过程中土体受扰动后的e-logp’曲线，打破了原有方法仅针对于原状土和重塑土而忽略了土体部分扰动影响的局限性，给实际工程土体变形预测带来了更为合理的依据。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，包括以下步骤：
S1、获取现场土层划分信息、土层土体的物理力学信息、工程设计参数；
S2、包括不分先后的两个步骤S21和S22：
S21、现场钻孔取土进行常规固结压缩试验，绘制原状土和重塑土的e-logp’曲线，确定先期固结压力σpc、原状土的压缩指数Cc和回弹指数Cs，以及重塑土的压缩指数Ccr；
S22、现场钻孔取土进行室内不排水三轴压缩试验，获取各土层土体不同围压下的q-γs曲线，确定土体的破坏剪切应变γf；利用三维数值模拟软件建立工程施工对土体产生扰动的三维数值模型，模拟工程施工过程，确定土体受扰动后的土体剪应变γs；根据计算公式SDD＝(γs/γf)×100％，确定土体受工程施工扰动后的扰动度SDD；
其中，q为在不同围压下的固结压力，kPa；γs为在不同围压下的土体剪应变，％；
S3、确定土体受扰动后的表观自重应力σzd、表观屈服应力σpd、压缩指数Ccd和回弹指数Csd；
其中，σzd＝(1-SDD)×σz0
σpd＝(1-SDD)×σpc
Ccd＝(1-SDD)×(Cc-Ccr)+Ccr
Csd＝(1-SDD)×(Cs-Ccr)+Ccr
式中，σz0为天然地面以下任意深度z处的竖向有效自重应力，kPa；n为深度z范围内的土层总数；γi为第i层土的天然重度，对地下水位以下的土层取浮重度，kN/m3；hi为第i层土的厚度，m；
S4、确定工程施工后土体受扰动后的e-logp’曲线。
优选地，所述步骤S1中，所述的土层划分信息是指土体类型和土层厚度，所述土层划分信息的获取方法为：通过钻孔取土获取隧道下方土样进行颗粒分析试验，确定土样各粒组土粒含量，并确定土体类型和土层厚度，然后据此对土层进行划分。
优选地，所述步骤S1中，所述的土层物理力学信息是指通过室内土工试验获取土体的物理力学参数；
所述室内土工试验包括密度试验、比重试验、含水率试验、三轴试验和常规单向压缩试验；
所述物理力学参数包括土体的重度、孔隙比、弹性模量和泊松比；
所述工程设计参数包括工程结构尺寸、所用材料及结构相对位置。
优选地，所述步骤S21中，所述先期固结压力σpc、原状土的压缩指数Cc和回弹指数Cs的确定方法为：
对原状土进行固结压缩试验，得到压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线，在其开始的曲线段上确定曲率半径最小的点A，再从该点作水平线A1及压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线的切线A2，A1、A2两线之间夹角的平分线A3与压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线后段直线部分反向延长线的交点B对应的压力值即为先期固结压力σpc；
在压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线坐标系中确定b1点，其横坐标为现场土体自重应力σz0的对数logσz0，纵坐标为现场孔隙比e0，再确定b点，过b1点作直线，该直线平行于压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线中的室内回弹曲线与室内再压缩曲线斜率的平均值所得的线段S，该直线与过B点的垂线相交于b点，直线b1b的斜率即为原状土的回弹指数Cs；
作水平线e＝0.42e0交压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线于点c，将bc连接，bc线的斜率即为原状土的压缩指数Cc，折线b1bc即为原状土的e-logp’曲线。
优选地，所述步骤S21中，所述重塑土的压缩指数Ccr的确定方法为：
对重塑土进行固结压缩试验，得到重塑土的e-logp’曲线，该直线的斜率即为重塑土的压缩指数Ccr。
优选地，所述步骤S22中，所述q-γs曲线为以室内不排水三轴压缩试验获取的土体剪应变γs为横轴、以固结压力q为纵轴建立直角坐标系所得到的关系曲线，该曲线中固结压力q的峰值点对应的剪应变即为破坏剪切应变γf。
优选地，所述步骤S22中，所述室内不排水三轴压缩试验的操作方法为：首先将现场取回的原状土制备成直径为φ35mm～φ101mm的圆柱体试样，随后将试样安装在三轴压缩仪中，然后在不同围压下，对试样进行固结不排水条件的剪切压缩试验。
优选地，所述步骤S4中，所述土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法为：首先由所述原状土的e-logp’曲线的起点沿横轴反方向平移|logσz0-logσzd|，得d点；过d点作斜率为Csd的直线，取该直线上横坐标值为logσpd的点为d1；再过d1点作斜率为Ccd的直线，交于原状土与重塑土的e-logp’曲线于c点，则折线dd1c即为土体受扰动后的e-logp’曲线。
本发明可以准确的确定施工过程中土体受扰动后的e-logp’曲线，打破了原有方法仅针对于原状土和重塑土而忽略了土体部分扰动影响的局限性，相比于只有原状土和重塑土的e-logp’曲线更可靠，给实际工程土体变形预测带来了更为合理的依据。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明一个实施例中原状土及重塑土的e-logp’曲线参数求解图；
图2为本发明一个实施例中通过室内不排水三轴压缩试验获取的各土层土体不同围压下的q-γs曲线；
图3为本发明一个实施例的数值模拟模型的剖面结构示意图；
图4为本发明一个实施例中不同扰动状态下的e-logp’曲线参数对应图。
附图标记说明
1盾构机 2开挖面
3管片
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，包括以下步骤：
S1、获取现场土层划分信息、土层土体的物理力学信息、工程设计参数；
其中，所述的土层划分信息是指土体类型和土层厚度，所述土层划分信息的获取方法为：通过钻孔取土获取隧道下方土样进行颗粒分析试验，确定土样各粒组土粒含量，并参考我国《土的分类标准(GBJ145-90)》确定土体类型和土层厚度，然后据此对土层进行划分。取土量根据试件量确定，以不少于三个试件为宜。
所述的土层物理力学信息是指通过室内土工试验获取土体的物理力学参数；所述室内土工试验包括密度试验、比重试验、含水率试验、三轴试验和常规单向压缩试验；所述物理力学参数包括土体的重度、孔隙比、弹性模量和泊松比。
所述的工程设计参数包括工程结构尺寸、所用材料及结构相对位置等设计参数。
S2、包括不分先后的两个步骤S21和S22：
S21、现场钻孔取土进行常规固结压缩试验，绘制原状土和重塑土的e-logp’曲线，确定先期固结压力σpc、原状土的压缩指数Cc和回弹指数Cs，以及重塑土的压缩指数Ccr；
其中，所述的原状土是指保持天然结构及物理状态的土；所述的重塑土是指将天然结构完全破坏后在实验室重新制备的土；所述的e-logp’曲线是指以土体上施加的垂直荷载p’的自然数对数log p’为横坐标，以土体中的孔隙比e为纵坐标，所绘制的关系曲线；所述的先期固结压力σpc是指天然土层在其应力历史中所受过的最大有效应力。
所述的现场取土是指：用薄壁取土器获取现场的土样，土样数以三个试件为宜。
所述的常规固结压缩试验是指：用固结仪测试出土体在侧限条件下的变形与时间～压力的关系，结合其它试验指标配合公式计算出土的压缩系数、压缩模量，确定土体压缩性的高低。
所述常规固结压缩试验的具体操作流程为：在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环，试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框架中心对准并安装百分表或位移传感器；然后在试样上分级施加垂直压力p’，并在各级压力下固结稳定后退压，直至退到要求的压力，24小时后再继续加压至固结稳定，最后记录加压、退压、再加压后不同阶段的荷载-垂直变形量，即绘制整个过程中不同荷载下孔隙比e与荷载对数logp’的关系曲线，具体操作可参照《土工试验方法标准》(GB/T 50123-1999)。
所述先期固结压力σpc、原状土的压缩指数Cc和回弹指数Cs的确定方法为：
对原状土进行固结压缩试验，得到压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线，在其开始的曲线段上确定曲率半径最小的点A，再从该点作水平线A1及压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线的切线A2，A1、A2两线之间夹角的平分线A3与压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线后段直线部分反向延长线的交点B对应的压力值即为先期固结压力σpc；
在压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线坐标系中确定b1点，其横坐标为现场土体自重应力σz0的对数logσz0，纵坐标为现场孔隙比e0，再确定b点，过b1点作直线，该直线平行于压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线中的室内回弹曲线与室内再压缩曲线斜率的平均值所得的线段S，该直线与过B点的垂线相交于b点，直线b1b的斜率即为原状土的回弹指数Cs；
作水平线e＝0.42e0交压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线于点c，将bc连接，bc线的斜率即为原状土的压缩指数Cc，折线b1bc即为原状土的e-logp’曲线。
所述重塑土的压缩指数Ccr的确定方法为：
对重塑土进行固结压缩试验，得到重塑土的e-logp’曲线，该直线的斜率即为重塑土的压缩指数Ccr。
S22、现场钻孔取土进行室内不排水三轴压缩试验，获取各土层土体不同围压下的q-γs曲线，确定土体的破坏剪切应变γf；利用三维数值模拟软件建立工程施工对土体产生扰动的三维数值模型，模拟工程施工过程，确定土体受扰动后的土体剪应变γs；根据计算公式SDD＝(γs/γf)×100％，确定土体受工程施工扰动后的扰动度SDD；
其中，q为在不同围压下的固结压力，kPa；γs为在不同围压下的土体剪应变，％；
所述q-γs曲线为以室内不排水三轴压缩试验获取的土体剪应变γs为横轴、以固结压力q为纵轴建立直角坐标系所得到的关系曲线，该曲线中固结压力q的峰值点对应的剪应变即为破坏剪切应变γf。
所述室内不排水三轴压缩试验的操作方法为：首先将现场取回的原状土制备成直径为φ35mm～φ101mm的圆柱体试样，随后将试样安装在三轴压缩仪中，然后在不同围压下，对试样进行固结不排水条件的剪切压缩试验。具体可参照美国材料试验协会标准(ASTM标准号)执行，通常取三组围压进行不排水条件下的试验。
所述的三维数值模型是指：用三维数值模拟软件合理的建立模型基本尺寸，随后对模型进行网格划分，并输入相应的土体参数，设定模型的初始及边界条件。
所述的模拟施工过程是指：通过激活模型中相应的模块及改变模块的参数来模拟工程的施工过程。
S3、确定土体受扰动后的表观自重应力σzd、表观屈服应力σpd、压缩指数Ccd和回弹指数Csd；
其中，σzd＝(1-SDD)×σz0
σpd＝(1-SDD)×σpc
Ccd＝(1-SDD)×(Cc-Ccr)+Ccr
Csd＝(1-SDD)×(Cs-Ccr)+Ccr
式中，σz0为天然地面以下任意深度z处的竖向有效自重应力，kPa；n为深度z范围内的土层总数；γi为第i层土的天然重度，对地下水位以下的土层取浮重度，kN/m3；hi为第i层土的厚度，m；
S4、确定工程施工后土体受扰动后的e-logp’曲线。
所述土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法为：首先由所述原状土的e-logp’曲线的起点沿横轴反方向平移|logσz0-logσzd|，得d点；过d点作斜率为Csd的直线，取该直线上横坐标值为logσpd的点为d1；再过d1点作斜率为Ccd的直线，交于原状土与重塑土的e-logp’曲线于c点，则折线dd1c即为土体受扰动后的e-logp’曲线。
本发明可以准确的确定施工过程中土体受扰动后的e-logp’曲线，打破了原有方法仅针对于原状土和重塑土而忽略了土体部分扰动影响的局限性，相比于只有原状土和重塑土的e-logp’曲线更可靠，给实际工程土体变形预测带来了更为合理的依据。
浙江某地铁隧道所处区域广泛分布着典型结构性软土，在地铁隧道盾构施工过程中，盾构周边土体受施工影响而产生扰动，使得其周边土体易发生较大变形，现以盾构隧道拱底处的淤泥质黏土层为例，确定盾构施工后受扰动土体的e-logp’曲线的具体步骤如下：
S1、获取现场土层划分信息、土层土体的物理力学信息、工程设计参数。
通过钻孔取土确定隧道沿线的土层划分及物理力学信息为：①1填土，埋深0～2.6m，重度γ＝18.5kN/m3，孔隙比e0＝0.95，弹性模量E＝6.0MPa，泊松比v＝0.3；②1a砂质粉土，埋深2.6～8.9m，重度γ＝18.9kN/m3，孔隙比e0＝0.895，弹性模量E＝5.8MPa，泊松比v＝0.3；②3淤泥质粉质黏土，埋深8.9～15.0m，重度γ＝18.1kN/m3，孔隙比e0＝1.06，弹性模量E＝2.8MPa，泊松比v＝0.34；②4淤泥质黏土，埋深15.0～18.0m，重度γ＝17.3kN/m3，孔隙比e0＝1.61，弹性模量E＝1.3MPa，泊松比v＝0.36；③2粉质黏土，埋深18.0～20.5m，重度γ＝18.7kN/m3，孔隙比e0＝0.924，弹性模量E＝5.2MPa，泊松比v＝0.3；④1淤泥质粉质黏土，埋深20.5～22.7m，重度γ＝17.9kN/m3，孔隙比e0＝1.1，弹性模量E＝2.9MPa，泊松比v＝0.34；④2黏土，埋深22.7～27.4m，重度γ＝17.5kN/m3，孔隙比e0＝1.26，弹性模量E＝6.0MPa，泊松比v＝0.32；⑤2粉质黏土，埋深27.4～30.8m，重度γ＝19.3kN/m3，孔隙比e0＝0.81，弹性模量E＝2.29MPa，泊松比v＝0.33；⑥2粉质黏土，埋深27.4～30.8m，重度γ＝18.6kN/m3，孔隙比e0＝0.977，弹性模量E＝5.2MPa，泊松比v＝0.22。地下水位为-1m。
通过实际工程调查得工程设计参数为：盾构隧道平均覆土厚度为13.5m；隧道外径D＝6.2m；隧道衬砌混凝土杨氏模量E＝34.5Gpa；管片3厚0.35m，环宽1.2m。盾构机1呈马蹄形，全长1.35D≈8.4m，前端直径6.39m，尾端直径6.2m，盾壳弹性模量为2.3e8kN/m2。主要盾构掘进参数包括：顶进推力Pj＝12400kN、注浆比Gr＝211％以及支护压力Ps＝270kPa(1.53P0)。
S2、现场钻孔取土进行常规固结压缩试验，绘制受扰动土层原状土和重塑土的e-logp’曲线，确定先期固结压力σpc、原状土的压缩指数Cc和回弹指数Cs，以及重塑土的压缩指数Ccr。
本步骤中：隧道底部标高为-16.6m～-17.2m的②4淤泥质黏土层的自重应力σz0通过以下公式计算：其中σz0为天然地面以下任意深度z处的竖向有效自重应力，kPa；n为深度z范围内的土层总数；γi为第i层土的天然重度，对地下水位以下的土层取浮重度，kN/m3；hi为第i层土的厚度，m。即算得σz0＝1×18.5+1.6×18.5+(8.9-2.6)×8.9+6.1×8.1+1.9×7.3＝151.45kPa。
如图1所示，先期固结压力σpc、原状土的压缩指数Cc和回弹指数Cs以及原状土的e-logp’曲线可以通过以下方式确定：
(1)对原状土进行固结压缩试验，得到压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线，在其开始的曲线段上确定曲率半径最小的点A，再从该点作水平线A1及压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线的切线A2，A1、A2两线之间夹角的平分线A3与压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线后段直线部分反向延长线的交点B对应的压力值即为先期固结压力σpc，σpc＝1.30σz0＝1.30×151.45＝196.89kPa。
(2)在压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线坐标系中确定b1点，其横坐标为现场土体自重应力σz0的对数logσz0＝2.22，纵坐标为现场孔隙比e0＝1.61，再确定b点，过b1点作直线，该直线平行于压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线中的室内回弹曲线与室内再压缩曲线斜率的平均值所得的线段S，该直线与过B点的垂线相交于b点，直线b1b的斜率即为原状土的回弹指数Cs＝0.253。
(3)作水平线e＝0.42e0＝0.6762交压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线于点c，将bc连接，bc线的斜率即为原状土的压缩指数Cc＝0.541，折线b1bc即为原状土的e-logp’曲线。
如图1所示，重塑土的压缩指数Ccr以及其e-logp’曲线是通过以下方式确定：将重塑土进行固结压缩试验，可得呈直线的e-logp'曲线，则该直线即为重塑土的e-logp’曲线，该直线的斜率为重塑土的压缩指数Ccr＝0.296。
现场钻孔取土进行室内不排水三轴压缩试验，获取受扰动土层土体不同围压下的q-γs曲线，确定土体的破坏剪切应变γf。
取隧道拱底标高为-16.6m～-17.2m的②4淤泥质黏土层原状土样，在三组不同围压(pco＝45kPa、90kPa、150kPa)条件下进行不排水三轴试验(ASTM标准)，基于试验数据绘制不同围压条件下各土层的极限偏差应力q与剪应变γs的关系曲线，如图2所示，最终确定淤泥质黏土层的破坏剪应变γf＝5.28％。
利用有限元分析软件建立工程施工对土体产生扰动的三维数值模型，模拟工程施工过程，确定土体受扰动后的土体剪应变γs。
如图3所示，三维数值模型通过以下条件建立：采用有限元分析软件对盾构施工进行模拟，模型的尺寸为150m(长)×160m(宽)×45m(深)，模型采用FE模型，其包括土体、盾构、隧道衬砌、开挖面2和土压平衡盾构机(EPBS)尾部，隧道衬砌和土层采用10节点楔形单元进行建模，EPBS壳体采用六节点板单元进行建模；隧道衬砌和EPBS的力学性能假定为线性弹性；EPBS与土层之间的界面使用12节点接口元件，允许界面条件被分析；隧道衬砌的有效刚度比为0.7；土体本构模型采用弹性模型，输入相应的模型参数。模型的边界条件为：隧道施工开始时的侧边界(Y＝0)固定在水平方向和垂直方向上，以及底部边界、其余的横向边界仅在水平方向上固定。
通过激活隧道衬砌单元和开挖面2支护力模拟隧道支护，然后移除隧道内侧土体单元模拟隧道开挖，最后通过调整隧道衬砌面收缩率模拟注浆过程。其中，控制隧道面收缩率Cg＝2％，则注浆率Gr＝(1-Cg×100)×100％＝100％，开挖面2支护力Ps＝1.0P0，式中P0为隧道轴线埋深处的静止土压力，P0＝K0∑γi hi＝167.8kPa，式中K0为淤泥质黏土层的静止土压力系数，由扁铲侧胀试验测定K0＝0.67。
有限元分析步设定中初始地应力平衡采用K0固结，并且在后一计算步骤中将位移置零，然后根据预定施工工况设定施工分析步，设置完成且检查无误后提交计算任务，即可获得预定施工工况下盾构掘进后的土体剪应变γs。
隧道拱底标高为-16.6m～-17.2m的②4淤泥质黏土的计算层厚为0.6m，根据数值模拟结果，土体的平均有效应力z0+Δp＝92.55kPa，平均剪应变γs＝1.88％。
根据计算公式SDD＝(γs/γf)×100％，确定土体受工程施工扰动后的扰动度SDD。
其中，隧道拱底标高为-16.6m～-17.2m的②4淤泥质黏土受工程施工扰动后的土体扰动度SDD＝(γs/γf)×100％＝35.61％。
S3、确定土体受扰动后的表观自重应力σzd、表观屈服应力σpd、压缩指数Ccd和回弹指数Csd。
以隧道拱底标高为-16.6m～-17.2m的②4淤泥质黏土为例，
其受扰动后的表观自重应力σzd通过以下公式确定：
σzd＝(1-SDD)×σz0＝(1-0.3561)×151.45＝97.52kPa；
其表观屈服应力通过以下公式确定：
σpd＝(1-SDD)×σpc＝(1-0.3561)×1986.89＝126.77kPa；
所述的土体扰动后的压缩指数Ccd通过以下公式确定：
Ccd＝(1-SDD)×(Cc-Ccr)+Ccr＝(1-0.3561)×(0.541-0.296)+0.296＝0.454；
所述的土体扰动后的回弹指数Csd通过以下公式确定：
Csd＝(1-SDD)×(Cs-Ccr)+Ccr＝(1-0.3561)×(0.253-0.296)+0.296＝0.268。
S4、确定工程施工后受扰动土体的e-logp’曲线。
如图4所示，隧道拱底标高为-16.6m～-17.2m的②4淤泥质黏土受工程施工扰动后的土体的e-logp’曲线通过以下方式确定：首先由步骤S2中所得原状土的e-logp’曲线的起点即b1点沿横轴反方向平移|logσz0-logσzd|＝0.191，得d点；过d点作斜率为Csd＝0.268的直线，取该直线上横坐标值为logσpd＝2.103的点为d1；再过d1点作斜率为Ccd＝0.454的直线，交于原状土与重塑土的e-logp’曲线于c点，则折线dd1c即为土体受扰动后的e-logp’曲线。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取现场土层划分信息、土层土体的物理力学信息、工程设计参数；
S2、包括不分先后的两个步骤S21和S22：
S21、现场钻孔取土进行常规固结压缩试验，绘制原状土和重塑土的e-logp’曲线，确定先期固结压力σpc、原状土的压缩指数Cc和回弹指数Cs，以及重塑土的压缩指数Ccr；
S22、现场钻孔取土进行室内不排水三轴压缩试验，获取各土层土体不同围压下的q-γs曲线，确定土体的破坏剪切应变γf；利用三维数值模拟软件建立工程施工对土体产生扰动的三维数值模型，模拟工程施工过程，确定土体受扰动后的土体剪应变γs；根据计算公式SDD＝(γs/γf)×100％，确定土体受工程施工扰动后的扰动度SDD；
其中，q为在不同围压下的固结压力，kPa；γs为在不同围压下的土体剪应变，％；
S3、确定土体受扰动后的表观自重应力σzd、表观屈服应力σpd、压缩指数Ccd和回弹指数Csd；
其中，σzd＝(1-SDD)×σz0
σpd＝(1-SDD)×σpc
Ccd＝(1-SDD)×(Cc-Ccr)+Ccr
Csd＝(1-SDD)×(Cs-Ccr)+Ccr
式中，σz0为天然地面以下任意深度z处的竖向有效自重应力，kPa；n为深度z范围内的土层总数；γi为第i层土的天然重度，对地下水位以下的土层取浮重度，kN/m3；hi为第i层土的厚度，m；
S4、确定工程施工后土体受扰动后的e-logp’曲线。
2.根据权利要求1所述的土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的土层划分信息是指土体类型和土层厚度，所述土层划分信息的获取方法为：通过钻孔取土获取隧道下方土样进行颗粒分析试验，确定土样各粒组土粒含量，并确定土体类型和土层厚度，然后据此对土层进行划分。
3.根据权利要求1所述的土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的土层物理力学信息是指通过室内土工试验获取土体的物理力学参数；
所述室内土工试验包括密度试验、比重试验、含水率试验、三轴试验和常规单向压缩试验；
所述物理力学参数包括土体的重度、孔隙比、弹性模量和泊松比；
所述工程设计参数包括工程结构尺寸、所用材料及结构相对位置。
4.根据权利要求1所述的土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，其特征在于，所述步骤S21中，所述先期固结压力σpc、原状土的压缩指数Cc和回弹指数Cs的确定方法为：
对原状土进行固结压缩试验，得到压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线，在其开始的曲线段上确定曲率半径最小的点A，再从该点作水平线A1及压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线的切线A2，A1、A2两线之间夹角的平分线A3与压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线后段直线部分反向延长线的交点B对应的压力值即为先期固结压力σpc；
在压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线坐标系中确定b1点，其横坐标为现场土体自重应力σz0的对数logσz0，纵坐标为现场孔隙比e0，再确定b点，过b1点作直线，该直线平行于压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线中的室内回弹曲线与室内再压缩曲线斜率的平均值所得的线段S，该直线与过B点的垂线相交于b点，直线b1b的斜率即为原状土的回弹指数Cs；
作水平线e＝0.42e0交压缩、回弹、再压缩的e-logp’曲线于点c，将bc连接，bc线的斜率即为原状土的压缩指数Cc，折线b1bc即为原状土的e-logp’曲线。
5.根据权利要求1所述的土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，其特征在于，所述步骤S21中，所述重塑土的压缩指数Ccr的确定方法为：
对重塑土进行固结压缩试验，得到重塑土的e-logp’曲线，该直线的斜率即为重塑土的压缩指数Ccr。
6.根据权利要求1所述的土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，其特征在于，所述步骤S22中，所述q-γs曲线为以室内不排水三轴压缩试验获取的土体剪应变γs为横轴、以固结压力q为纵轴建立直角坐标系所得到的关系曲线，该曲线中固结压力q的峰值点对应的剪应变即为破坏剪切应变γf。
7.根据权利要求1所述的土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，其特征在于，所述步骤S22中，所述室内不排水三轴压缩试验的操作方法为：首先将现场取回的原状土制备成直径为φ35mm～φ101mm的圆柱体试样，随后将试样安装在三轴压缩仪中，然后在不同围压下，对试样进行固结不排水条件的剪切压缩试验。
8.根据权利要求1所述的土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述土体受扰动后的e-logp’曲线的确定方法为：首先由所述原状土的e-logp’曲线的起点沿横轴反方向平移|logσz0-logσzd|，得d点；过d点作斜率为Csd的直线，取该直线上横坐标值为logσpd的点为d1；再过d1点作斜率为Ccd的直线，交于原状土与重塑土的e-logp’曲线于c点，则折线dd1c即为土体受扰动后的e-logp’曲线。
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