CN110117953A - 一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法及系统。本发明方法对于不同土层接触面的扰动给出了三个评判依据，分别为：土颗粒的互嵌深度、土颗粒的破碎程度和土颗粒间的平移尺度；并对这三个评判依据分别给出各自的判定标准，通过综合分析三个评判依据的判定标准来制定土层接触面扰动评定等级，根据土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度。由于本发明方法的判定条件不是单一的一个依据，而是通过对三个评判依据同时进行判定，每一个评判依据都有各自的判定标准且互不影响，最终通过综合三个判定标准的结果确定出土层接触面扰动评定等级，从而使得土层接触面扰动剧烈程度检测结果更加符合土层接触面的实际情况，检测结果更加准确。

Description

一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法及系统

技术领域

本发明涉及土体接触面扰动检测技术领域，特别是涉及一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法及系统。

背景技术

在实际工程中，由于受到车辆、地震、施工等多种因素的影响从而产生外力，外力穿越多个不同土层，对不同土层之间的接触面产生不同程度的扰动。土层接触面受到扰动后，会引起动应力在不同土层间传递规律的改变，同时土层接触面经过长时间的外力作用会引起土层塑性变形累积和内部微缺陷的扩展。若依然按照扰动前的土层接触面进行分析，会产生较大误差，甚至造成工程安全隐患。目前，对于土层接触面扰动的研究仅仅停留在室内试验和原位试验两种方法上，没有较为准确的检测方法，相关的研究也鲜有报道。因此，制定一种不同土层接触面扰动程度的检测方法就显得极为迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法及系统，以解决现有土层接触面扰动剧烈程度试验方法准确性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法，所述方法包括：

获取土层接触面土颗粒的互嵌深度相关参数、破碎程度相关参数和平移尺度相关参数；所述互嵌深度相关参数包括土层接触面处土颗粒的互嵌深度，土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径，以及土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径；所述破碎程度相关参数包括土层接触面处破碎颗粒的数量以及土层接触面处的总颗粒数量；所述平移尺度相关参数包括土体扰动前同层土体两土颗粒间距以及土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

根据所述互嵌深度相关参数确定土颗粒互嵌深度表征系数；

根据所述破碎程度相关参数确定土颗粒的破碎程度；

根据所述平移尺度相关参数确定土颗粒间的平移尺度表征系数；所述平移尺度表征系数包括颗粒较大土层的平移尺度表征系数以及颗粒较小土层的平移尺度表征系数；

根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级；

根据所述土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度。

可选的，所述根据所述互嵌深度相关参数确定土颗粒互嵌深度表征系数，具体包括：

根据所述互嵌深度相关参数，采用公式λ＝D/(d₁+d₂)确定土颗粒互嵌深度表征系数λ；其中D表示土层接触面处土颗粒的互嵌深度；d₁表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径；d₂表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径。

可选的，所述根据所述破碎程度相关参数确定土颗粒的破碎程度，具体包括：

根据所述破碎程度相关参数，采用公式确定土颗粒的破碎程度W；其中W_b表示土层接触面处破碎颗粒的数量；W_t表示土层接触面处的总颗粒数量。

可选的，所述根据所述平移尺度相关参数确定土颗粒间的平移尺度表征系数，具体包括：

根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁；其中L₀表示土体扰动前同层土体两土颗粒间距；L₁表示土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂。

可选的，所述根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级，具体包括：

判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/20、W＞10％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，确定所述土层接触面扰动等级为三级扰动；

若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，获得第二判断结果；

若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为二级扰动；

若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为一级扰动。

一种土层接触面扰动剧烈程度检测系统，所述系统包括：

参数获取模块，用于获取土层接触面土颗粒的互嵌深度相关参数、破碎程度相关参数和平移尺度相关参数；所述互嵌深度相关参数包括土层接触面处土颗粒的互嵌深度，土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径，以及土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径；所述破碎程度相关参数包括土层接触面处破碎颗粒的数量以及土层接触面处的总颗粒数量；所述平移尺度相关参数包括土体扰动前同层土体两土颗粒间距以及土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

土颗粒互嵌深度表征系数确定模块，用于根据所述互嵌深度相关参数确定土颗粒互嵌深度表征系数；

土颗粒破碎程度确定模块，用于根据所述破碎程度相关参数确定土颗粒的破碎程度；

平移尺度表征系数确定模块，用于根据所述平移尺度相关参数确定土颗粒间的平移尺度表征系数；所述平移尺度表征系数包括颗粒较大土层的平移尺度表征系数以及颗粒较小土层的平移尺度表征系数；

土层接触面扰动等级确定模块，用于根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级；

土层接触面扰动剧烈程度检测模块，用于根据所述土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度。

可选的，所述土颗粒互嵌深度表征系数确定模块具体包括：

土颗粒互嵌深度表征系数确定单元，用于根据所述互嵌深度相关参数，采用公式λ＝D/(d₁+d₂)确定土颗粒互嵌深度表征系数λ；其中D表示土层接触面处土颗粒的互嵌深度；d₁表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径；d₂表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径。

可选的，所述土颗粒破碎程度确定模块具体包括：

土颗粒破碎程度确定单元，用于根据所述破碎程度相关参数，采用公式确定土颗粒的破碎程度W；其中W_b表示土层接触面处破碎颗粒的数量；W_t表示土层接触面处的总颗粒数量。

可选的，所述平移尺度表征系数确定模块具体包括：

第一平移尺度表征系数确定单元，用于根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁；其中L₀表示土体扰动前同层土体两土颗粒间距；L₁表示土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

第二平移尺度表征系数确定单元，用于根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂。

可选的，所述土层接触面扰动等级确定模块具体包括：

第一判断单元，用于判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，获得第一判断结果；

三级扰动确定单元，用于若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/20、W＞10％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，确定所述土层接触面扰动等级为三级扰动；

第二判断单元，用于若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，获得第二判断结果；

二级扰动确定单元，用于若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为二级扰动；

一级扰动确定单元，用于若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为一级扰动。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法及系统，本发明方法对于不同土层接触面的扰动给出了三个评判依据，分别为：土颗粒的互嵌深度、土颗粒的破碎程度和土颗粒间的平移尺度；并对这三个评判依据分别给出各自的判定标准，通过综合分析三个评判依据的判定标准来制定土层接触面扰动评定等级，根据土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度，弥补了不同土层接触面扰动检测方面的不足，提出了一种更为科学、有效的方法。由于本发明方法的判定条件不是单一的一个依据，而是通过对它的三个评判依据同时进行判定，每一个评判依据都有各自的判定标准，且互不影响，最终通过综合三个判定标准的结果确定出土层接触面扰动评定等级，从而使得土层接触面扰动剧烈程度检测结果更加符合土层接触面的实际情况，检测结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的土层接触面扰动剧烈程度检测方法的方法流程图；

图2为本发明提供的土层接触面扰动剧烈程度检测方法的原理示意图；

图3为本发明提供的土颗粒的互嵌深度示意图；

图4为本发明提供的土颗粒的破碎程度示意图；

图5为本发明提供的土颗粒间的平移示意图；

图6为本发明提供的土层接触面扰动剧烈程度检测系统的系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法及系统，以解决现有土层接触面扰动剧烈程度试验方法对土层接触面扰动剧烈程度检测准确性低的问题，弥补了现有不同土层接触面扰动的判定方法上的不足。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的土层接触面扰动剧烈程度检测方法的方法流程图。图2为本发明提供的土层接触面扰动剧烈程度检测方法的原理示意图。参见图1和图2，本发明提供的土层接触面扰动剧烈程度检测方法具体包括：

步骤101：获取土层接触面土颗粒的互嵌深度相关参数、破碎程度相关参数和平移尺度相关参数。

本发明提及的土层接触面，是指上、下层不同土层之间的接触面。对于不同土层接触面的扰动，本发明给出了三个评判依据，分别为：土颗粒的互嵌深度、土颗粒的破碎程度和土颗粒间的平移尺度，并对这三个评判依据分别给出各自的判定标准，通过综合分析三个评判依据的判定标准来制定土层接触面扰动评定等级。

所述步骤101首先获取三个评判依据各自评定所需的参数，分别为互嵌深度相关参数、破碎程度相关参数和平移尺度相关参数，具体包括：(1)土层接触面处土颗粒的互嵌深度D；(2)土层接触面处破碎颗粒的数量W_b；(3)土层接触面处总颗粒的数量W_t；(4)土体扰动前，同层土体两土颗粒间距L₀；(5)土体扰动后，同层土体两土颗粒间距L₁；(6)土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径d₁；(7)上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径d₂。

所述互嵌深度相关参数、所述破碎程度相关参数以及所述平移尺度相关参数可以利用扫描电镜IPP(Image Pro-Plus)软件或核磁共振仪扫描土层接触面图像后统计得到。

步骤102：根据所述互嵌深度相关参数确定土颗粒互嵌深度表征系数。

图3为本发明提供的土颗粒的互嵌深度示意图。如图3所示，土颗粒的互嵌深度指上、下土层在外荷载作用下，土层间的土颗粒会发生相互嵌入的现象。所述土颗粒的互嵌深度采用土颗粒互嵌深度表征系数进行表征，所述土颗粒互嵌深度表征系数的计算公式如下：

λ＝D/(d₁+d₂) (1)

其中λ为土颗粒互嵌深度表征系数；D表示土层接触面处土颗粒的互嵌深度；d₁表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径；d₂表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径。

土颗粒的互嵌深度判定标准为：

互嵌深度的一级标准：1/40>λ>0；

互嵌深度的二级标准：1/20>λ>1/40；

互嵌深度的三级标准：1>λ>1/20。

如图3所示，首先利用扫描电镜IPP软件自动统计土层接触面处的土颗粒粒径和数量，根据上、下土层土颗粒粒径和数量分别计算出上、下土层中土颗粒平均有效直径，选择统计后较大的土颗粒平均有效直径作为d₁，较小的土颗粒平均有效直径作为d₂，然后采用公式(1)计算出土颗粒互嵌深度表征系数λ。λ实际范围为0～1，但按工程经验选取，一般取值为0～1/20。在土颗粒的互嵌深度判定标准中，把λ分为三个小区间，分别为互嵌深度的一级标准：1/40>λ>0；互嵌深度的二级标准：1/20>λ>1/40；以及互嵌深度的三级标准：1>λ>1/20。

步骤103：根据所述破碎程度相关参数确定土颗粒的破碎程度。

图4为本发明提供的土颗粒的破碎程度示意图。参见图4，所述土颗粒的破碎程度指上、下土层在外荷载作用下，土层间的土颗粒会发生颗粒破碎的现象。

土颗粒的破碎程度的计算公式如下：

其中W为土颗粒的破碎程度；W_b表示土层接触面处破碎颗粒的数量；W_t表示土层接触面处的总颗粒数量。

土颗粒的破碎程度判定标准如下：

破碎程度的一级标准：3％>W>0；

破碎程度的二级标准：10％>W>3％；

破碎程度的三级标准：W>10％。

首先利用扫描电镜IPP软件或核磁共振仪自动统计土层接触面破碎土颗粒的数量W_b和总颗粒的数量W_t，然后代入公式(2)中计算出土颗粒的破碎程度W，再根据土颗粒的破碎程度判定标准判断土颗粒的破碎程度。

步骤104：根据所述平移尺度相关参数确定土颗粒间的平移尺度表征系数。

图5为本发明提供的土颗粒间的平移示意图。参见图5，所述土颗粒间的平移是指上、下土层在外荷载作用下，土颗粒受到土层接触面的影响会发生颗粒内部的移动。所述土颗粒间的平移情况通过平移尺度表征系数进行表征，所述平移尺度表征系数的计算方法如下：

ΔL＝|L₁-L₀| (3)

η＝ΔL/(d₁或d₂) (4)

其中ΔL表示土层扰动前后颗粒间的相对平移距离，见图4；η表示与土颗粒间的平移相关的系数，即平移尺度表征系数；L₀表示扰动前土颗粒间的距离；L₁表示扰动后土颗粒间的距离；d₁表示上下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径；d₂表示上下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径。

对于上、下不同颗粒大小的土层，评定选取不同的平均颗粒直径d₁或d₂。具体的，所述平移尺度表征系数包括颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂，分别用于评定上、下不同颗粒大小的土层的土颗粒间的平移情况。

其中，上、下土层中颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁的计算公式为：

其中η₁表示颗粒较大土层的平移尺度表征系数；L₀表示土体扰动前同层土体两土颗粒间距；L₁表示土体扰动后同层土体两土颗粒间距。

所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁的平移判定标准为：

颗粒间的平移一级标准：1/40>η₁>0；

颗粒间的平移二级标准：1/20>η₁>1/40；

颗粒间的平移三级标准：1>η₁>1/20。

所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂的计算方法为：

其中η₂为颗粒较小土层的平移尺度表征系数。

所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂的平移判定标准为：

颗粒间的平移一级标准：1/20>η₂>0；

颗粒间的平移二级标准：1/10>η₂>1/20；

颗粒间的平移三级标准：1>η₂>1/10。

式(5)、(6)中L₁、L₀为已知量，ΔL为未知量。土层接触面扰动前，通过标记多个土颗粒，测定已标记的两土颗粒间的距离为L₀，土层接触面扰动后，测定其原来两土颗粒间的距离为L₁，通过L₁、L₀计算土层扰动前后颗粒间的相对平移距离ΔL。为了进一步提高准确度，可以标记多对土颗粒对，求出多对土颗粒对的多个差值|L₁-L₀|进行均值，确定最终的ΔL。从而根据公式η＝ΔL/(d1或d2)可以求出η。再对η进行判定，最终根据土颗粒间的平移判定标准确定颗粒间的平移等级。

η实际的取值范围为0～1，但按工程经验选取：

1)对于上下土层中颗粒较大土层的土来说，一般取值为0～1/20。在土颗粒间的平移判定标准中，把η分为三个小区间，分别为颗粒间的平移一级标准：1/40>η₁>0；颗粒间的平移二级标准：1/20>η₁>1/40；颗粒间的平移三级标准：1>η₁>1/20。

2)对于上下土层中颗粒较小土层的土来说，一般取值为0～1/10。在土颗粒间的平移判定标准中，把η分为三个小区间，分别为颗粒间的平移一级标准：1/20>η₂>0；颗粒间的平移二级标准：1/10>η₂>1/20；颗粒间的平移三级标准：1>η₂>1/10。

当根据η₁和η₂确定出的平移等级不一致时，取最不利等级为土颗粒间的平移判定等级。例如计算得到η₁为0.01，由于1/40>η₁>0，判定为平移一级扰动；计算得到η₂为0.08，由于1/10>η₂>1/20，判定为平移二级扰动；则最终确定土颗粒间的平移判定等级为最不利的二级扰动。

步骤105：根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级。

参见图2，本发明通过综合分析三个评判依据的评定结果来进行土层接触面扰动的评定，综合分析原则如下：

一级扰动：必须同时满足各自的一级标准。一级扰动，表示上下土层在外荷载作用下土层间刚出现扰动现象，但扰动不剧烈，不影响土体的正常使用和施工。

二级扰动：必须同时满足各自的二级标准(一级标准也包括在二级标准之内)。二级扰动，表示超过一级扰动的界限，土层间出现较为明显扰动现象，对土体的使用和施工有一定的影响，在土体使用和施工时应考虑土体扰动的影响。

三级扰动：除一、二级扰动之外的均为三级扰动。三级扰动：表示上下土层在外荷载作用下土层间出现剧烈的扰动现象，对后续的施工将会带来很大影响。

例如，在进行土颗粒间的平移判定时，需要同时判定上下土层中颗粒较大土层的土和上下土层中颗粒较小土层的土，当颗粒较大土层和颗粒较小土层同时满足各自的一级标准时，土颗粒间的平移判定为一级标准；当颗粒较大土层为一级标准，颗粒较小土层为二级标准时，应按最不利等级为标准，此时的土颗粒间的平移判定为二级标准。

在判定土层扰动等级时，一级扰动必须同时满足各自的一级标准，例如待测土层接触面的土颗粒的互嵌深度λ应满足1/40>λ>0；同时土颗粒的破碎程度W应满足3％>W>0，同时待测土层接触面的上下土层中颗粒较大土层的土应满足1/40>η₁>0；同时上下土层中颗粒较小土层的土应满足1/20>η₂>0；只有同时满足这四个条件，才确定待测土层接触面是出现了一级扰动。

在具体根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级时，也可按照以下方法进行判断：

首先判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10；若是，确定所述土层接触面扰动等级为三级扰动；若否，继续判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，若是，确定所述土层接触面扰动等级为二级扰动；若否，则确定所述土层接触面扰动等级为一级扰动。

步骤106：根据所述土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度。

所述土层接触面扰动等级包括一级扰动、二级扰动和三级扰动，扰动等级越高，则表示土层接触面扰动越剧烈，从而可以根据土层接触面扰动的剧烈程度指导土体的实际使用和施工。

当检测到土层接触面为一级扰动时，表示上下土层在外荷载作用下土层间刚出现扰动现象，但扰动不剧烈，不影响土体的正常使用和施工。当检测到土层接触面为二级扰动时，表示土层间出现了较为明显的扰动现象，对土体的使用和施工有一定的影响，在土体使用和施工时应考虑土体扰动的影响。当检测到土层接触面为三级扰动时，表示上下土层在外荷载作用下土层间出现剧烈的扰动现象，对后续的施工将会带来很大影响。因此本发明方法对土体实际使用和施工工程具有积极的指导意义。

本发明土层接触面扰动剧烈程度检测方法的优点还在于：

1、从土层接触面扰动剧烈程度检测方法的提出上来看，它弥补了不同土层接触面扰动评定方面的不足，相较于现有的室内试验和原位试验方法而言，是一种更为科学、有效的方法。

2、从检测方法本身而言，由于本发明方法的判定条件不是单一的一个依据，而是对土颗粒的互嵌深度、土颗粒的破碎程度和土颗粒间的平移三个评判依据同时进行判定，每一个评判依据都有各自的判定标准，且互不影响。最终，通过综合三个判定标准的结果，确定出土层接触面扰动评定等级，根据土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度，从而使得土层接触面扰动剧烈程度检测结果更加符合实际，准确性更高。

根据本发明提供的方法，本发明还提供一种土层接触面扰动剧烈程度检测系统，参见图6，所述系统包括：

参数获取模块601，用于获取土层接触面土颗粒的互嵌深度相关参数、破碎程度相关参数和平移尺度相关参数；所述互嵌深度相关参数包括土层接触面处土颗粒的互嵌深度，土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径，以及土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径；所述破碎程度相关参数包括土层接触面处破碎颗粒的数量以及土层接触面处的总颗粒数量；所述平移尺度相关参数包括土体扰动前同层土体两土颗粒间距以及土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

土颗粒互嵌深度表征系数确定模块602，用于根据所述互嵌深度相关参数确定土颗粒互嵌深度表征系数；

土颗粒破碎程度确定模块603，用于根据所述破碎程度相关参数确定土颗粒的破碎程度；

平移尺度表征系数确定模块604，用于根据所述平移尺度相关参数确定土颗粒间的平移尺度表征系数；所述平移尺度表征系数包括颗粒较大土层的平移尺度表征系数以及颗粒较小土层的平移尺度表征系数；

土层接触面扰动等级确定模块605，用于根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级；

土层接触面扰动剧烈程度检测模块606，用于根据所述土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度。

其中，所述土颗粒互嵌深度表征系数确定模块602具体包括：

土颗粒互嵌深度表征系数确定单元，用于根据所述互嵌深度相关参数，采用公式λ＝D/(d₁+d₂)确定土颗粒互嵌深度表征系数λ；其中D表示土层接触面处土颗粒的互嵌深度；d₁表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径；d₂表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径。

所述土颗粒破碎程度确定模块603具体包括：

土颗粒破碎程度确定单元，用于根据所述破碎程度相关参数，采用公式确定土颗粒的破碎程度W；其中W_b表示土层接触面处破碎颗粒的数量；W_t表示土层接触面处的总颗粒数量。

所述平移尺度表征系数确定模块604具体包括：

第一平移尺度表征系数确定单元，用于根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁；其中L₀表示土体扰动前同层土体两土颗粒间距；L₁表示土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

第二平移尺度表征系数确定单元，用于根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂。

所述土层接触面扰动等级确定模块605具体包括：

第一判断单元，用于判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，获得第一判断结果；

三级扰动确定单元，用于若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/20、W＞10％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，确定所述土层接触面扰动等级为三级扰动；

第二判断单元，用于若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，获得第二判断结果；

二级扰动确定单元，用于若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为二级扰动；

一级扰动确定单元，用于若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为一级扰动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种土层接触面扰动剧烈程度检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取土层接触面土颗粒的互嵌深度相关参数、破碎程度相关参数和平移尺度相关参数；所述互嵌深度相关参数包括土层接触面处土颗粒的互嵌深度，土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径，以及土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径；所述破碎程度相关参数包括土层接触面处破碎颗粒的数量以及土层接触面处的总颗粒数量；所述平移尺度相关参数包括土体扰动前同层土体两土颗粒间距以及土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

根据所述互嵌深度相关参数确定土颗粒互嵌深度表征系数；

根据所述破碎程度相关参数确定土颗粒的破碎程度；

根据所述平移尺度相关参数确定土颗粒间的平移尺度表征系数；所述平移尺度表征系数包括颗粒较大土层的平移尺度表征系数以及颗粒较小土层的平移尺度表征系数；

根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级；

根据所述土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度。

2.根据权利要求1所述的土层接触面扰动剧烈程度检测方法，其特征在于，所述根据所述互嵌深度相关参数确定土颗粒互嵌深度表征系数，具体包括：

根据所述互嵌深度相关参数，采用公式λ＝D/(d₁+d₂)确定土颗粒互嵌深度表征系数λ；其中D表示土层接触面处土颗粒的互嵌深度；d₁表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径；d₂表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径。

3.根据权利要求2所述的土层接触面扰动剧烈程度检测方法，其特征在于，所述根据所述破碎程度相关参数确定土颗粒的破碎程度，具体包括：

根据所述破碎程度相关参数，采用公式确定土颗粒的破碎程度W；其中W_b表示土层接触面处破碎颗粒的数量；W_t表示土层接触面处的总颗粒数量。

4.根据权利要求3所述的土层接触面扰动剧烈程度检测方法，其特征在于，所述根据所述平移尺度相关参数确定土颗粒间的平移尺度表征系数，具体包括：

根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁；其中L₀表示土体扰动前同层土体两土颗粒间距；L₁表示土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂。

5.根据权利要求4所述的土层接触面扰动剧烈程度检测方法，其特征在于，所述根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级，具体包括：

判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/20、W＞10％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，确定所述土层接触面扰动等级为三级扰动；

若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，获得第二判断结果；

若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为二级扰动；

若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为一级扰动。

6.一种土层接触面扰动剧烈程度检测系统，其特征在于，所述系统包括：

参数获取模块，用于获取土层接触面土颗粒的互嵌深度相关参数、破碎程度相关参数和平移尺度相关参数；所述互嵌深度相关参数包括土层接触面处土颗粒的互嵌深度，土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径，以及土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径；所述破碎程度相关参数包括土层接触面处破碎颗粒的数量以及土层接触面处的总颗粒数量；所述平移尺度相关参数包括土体扰动前同层土体两土颗粒间距以及土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

土颗粒互嵌深度表征系数确定模块，用于根据所述互嵌深度相关参数确定土颗粒互嵌深度表征系数；

土颗粒破碎程度确定模块，用于根据所述破碎程度相关参数确定土颗粒的破碎程度；

平移尺度表征系数确定模块，用于根据所述平移尺度相关参数确定土颗粒间的平移尺度表征系数；所述平移尺度表征系数包括颗粒较大土层的平移尺度表征系数以及颗粒较小土层的平移尺度表征系数；

土层接触面扰动等级确定模块，用于根据所述土颗粒互嵌深度表征系数、所述土颗粒的破碎程度以及所述土颗粒间的平移尺度表征系数确定土层接触面扰动等级；

土层接触面扰动剧烈程度检测模块，用于根据所述土层接触面扰动等级确定土层接触面扰动剧烈程度。

7.根据权利要求6所述的土层接触面扰动剧烈程度检测系统，其特征在于，所述土颗粒互嵌深度表征系数确定模块具体包括：

土颗粒互嵌深度表征系数确定单元，用于根据所述互嵌深度相关参数，采用公式λ＝D/(d₁+d₂)确定土颗粒互嵌深度表征系数λ；其中D表示土层接触面处土颗粒的互嵌深度；d₁表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较大土层的土颗粒平均有效直径；d₂表示土层接触面处的上、下土层中颗粒较小土层的土颗粒平均有效直径。

8.根据权利要求7所述的土层接触面扰动剧烈程度检测系统，其特征在于，所述土颗粒破碎程度确定模块具体包括：

土颗粒破碎程度确定单元，用于根据所述破碎程度相关参数，采用公式确定土颗粒的破碎程度W；其中W_b表示土层接触面处破碎颗粒的数量；W_t表示土层接触面处的总颗粒数量。

9.根据权利要求8所述的土层接触面扰动剧烈程度检测系统，其特征在于，所述平移尺度表征系数确定模块具体包括：

第一平移尺度表征系数确定单元，用于根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁；其中L₀表示土体扰动前同层土体两土颗粒间距；L₁表示土体扰动后同层土体两土颗粒间距；

第二平移尺度表征系数确定单元，用于根据所述平移尺度相关参数，采用公式确定颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂。

10.根据权利要求9所述的土层接触面扰动剧烈程度检测系统，其特征在于，所述土层接触面扰动等级确定模块具体包括：

第一判断单元，用于判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，获得第一判断结果；

三级扰动确定单元，用于若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/20、W＞10％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，确定所述土层接触面扰动等级为三级扰动；

第二判断单元，用于若所述第一判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/20、W＞3％、η₁＞1/20或η₂＞1/10，判断所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中是否有任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，获得第二判断结果；

二级扰动确定单元，用于若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中存在任意一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为二级扰动；

一级扰动确定单元，用于若所述第二判断结果为所述土颗粒互嵌深度表征系数λ、所述土颗粒的破碎程度W、所述颗粒较大土层的平移尺度表征系数η₁以及所述颗粒较小土层的平移尺度表征系数η₂中不存在任何一项满足λ＞1/40、W＞3％、η₁＞1/40或η₂＞1/20，确定所述土层接触面扰动等级为一级扰动。