CN110672435B - 一种海洋土动剪切模量测试分析方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋土动剪切模量测试分析方法，包括：利用十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。本发明可完成海洋土动剪切模量的测试分析，降低因试样扰动造成的测试误差，进一步提高动剪切模量的准确度。同时，本发明还公开了一种海洋土动剪切模量测试分析装置和计算机可读存储介质。

Description

一种海洋土动剪切模量测试分析方法及装置
技术领域
本发明涉及海洋岩土工程领域，尤其涉及一种海洋土动剪切模量测试分析方法及装置。
背景技术
动剪切模量常用来评价软土动力特性的动力参数。传统动剪切模量测试方法是通过海洋钻探取样后采用动三轴、共振柱等土工试验测试出来。
因为传统剪切模量的测试是通过取样后在实验室内进行动三轴、共振柱试验获得的。因为取样、运输、保存以及试验过程都会造成土样的扰动，而使所获得的动剪切模量与实际有差别，土样扰动会影响土样的性质，造成动剪切模量测试误差，从而降低后续分析计算的准确度。
发明内容
本发明涉及一种海洋土动剪切模量测试分析方法，可完成海洋土动剪切模量的测试分析，降低因试样扰动造成的测试误差，进一步提高动剪切模量的准确度。
第一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种海洋土动剪切模量测试分析方法，包括：
利用十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；
基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。
优选地，所述利用十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，包括：
将所述十字板剪切仪插入所述海洋土的原状土样中，控制所述十字板剪切仪对所述原状土样进行剪切，并实时记录所述实测扭矩T和旋转角度θ。
优选地，所述控制十字板剪切仪对所述原状土样进行剪切，包括：
按照恒定角速度ω剪切所述原状土样，所述角速度ω控制在0.1rad/s以下，剪切角度大于2rad；
将所述十字板剪切仪的旋转弧度控制在0.3rad以内，数据采集记录间隔取0.01rad。
优选地，所述基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量，包括：
根据如下公式计算单位扭矩：
Figure BDA0002226260420000021
其中：Tn为所述单位扭矩，T为所述实测扭矩，K为所述十字板剪切仪的十字板形状系数，r为所述十字板剪切仪的十字板的板头的半径，L为所述板头长度；
根据所述单位扭矩Tn和所述旋转角度θ，绘制Tn～θ曲线；
根据如下公式计算出旋转角度θm时各转速的平均模量
Figure BDA0002226260420000022
Figure BDA0002226260420000023
其中：θm为Tn～θ曲线上的任意的旋转角度，
Figure BDA0002226260420000024
为转动θm角度的平均剪切模量；
对于所述任意的旋转角度θm，通过如下公式计算n；
Figure BDA0002226260420000025
其中：θm为旋转角度；ωm为转速；tm为ωm转速下转动θm的对应时间；
根据所述n和所述平均模量
Figure BDA0002226260420000026
按照如下公式计算动剪切模量常数G1；
Figure BDA0002226260420000031
根据所述动剪切模量常数G1和所述n，按照如下公式确定动剪切模量随时间变化的函数G(t)；
G(t)＝G1t-n。
优选地，所述十字板剪切仪，包括：
扭矩测量装置，用于测量所述实测扭矩T；
角位移传感器，用于测量所述旋转角度θ；
传动机构，用于精确控制所述角速度ω。
优选地，所述十字板形状系数K的取值，包括以下情况：
若所述十字板剪切仪的十字板的板头没有锥尖，则K的值取12.57；
若所述十字板剪切仪的十字板的板头带有锥尖，则K的值取9；
若所述十字板剪切仪的十字板的板头为其它形状，则根据锥角大小的不同，K的值取9～12.57。
优选地，还可以通过如下公式计算n：
Figure BDA0002226260420000032
优选地，还可以通过绘制
Figure BDA0002226260420000033
关系曲线确定其斜率，并将该斜率作为n。
基于同一发明构思，第二方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种海洋土动剪切模量测试装置，包括：
控制单元，用于控制十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；
计算单元，用于基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。
基于同一发明构思，第三方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可以实现上述第一方面中的任一实施方式所述的方法步骤。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，公开了一种海洋土动剪切模量测试分析方法，包括：利用十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。本发明可完成海洋土动剪切模量的测试，降低传统方法试样因扰动造成的测试误差，并提高了实验方法的测试分析效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中一种海洋土动剪切模量测试分析方法的流程图；
图2为本申请实施例中Tn～θ曲线的示意图；
图3为本申请实施例中
Figure BDA0002226260420000041
关系曲线的示意图；
图4为本申请实施例中十字板的示意图；
图5为本申请实施例中一种海洋土动剪切模量测试装置的示意图；
图6为本申请实施例中一种计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种海洋土动剪切模量测试分析方法，可完成海洋土动剪切模量的测试分析，降低因试样扰动造成的测试误差，进一步提高动剪切模量的准确度。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种海洋土动剪切模量测试分析方法，其特征在于，包括：利用十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。本发明可完成海洋土动剪切模量的测试，降低传统方法试样因扰动造成的测试误差，并提高了实验方法的测试分析效率。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种海洋土动剪切模量测试分析方法，其包括：
步骤S101：利用十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；
步骤S102：基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。
在具体实施过程中，步骤S101属于“试验测试过程”，具体包括步骤S10～步骤S20。
步骤S10：将十字板剪切仪轻轻插入原状土样中，按照恒定角速度ω剪切土样，角速度ω要控制在0.1rad/s以下，剪切角度大于2rad，实时记录扭矩T及旋转角度θ。
在具体实施过程中，如图4所示，本发明采用微型十字板剪切仪，该仪器需包含扭矩测量装置、角位移传感器、以及精确控制角位移速度的传动机构，其中，扭矩测量装置主要用来测量扭矩T，角位移传感器用来测量旋转角度θ，传动机构用于精确控制十字板的旋转速度θ。
在具体实施过程中，将十字板剪切仪轻轻插入原状土样中进行剪切时，需要按照恒定角速度ω剪切土样，角速度ω要控制在0.1rad/s以下，剪切角度大于2rad，并将所述十字板剪切仪的旋转弧度控制在0.3rad以内，实时记录扭矩T及旋转角度θ，数据采集记录间隔取0.01rad。
步骤20：将十字板剪切仪轻轻拔出，将十字板插入到距离原位置大于三倍板头直径以外的土样中，并按照步骤S10调整角速度后重新进行测试，重复以上步骤4次以上。
此处，需要将十字板剪切仪插入多个不同的位置，重复多次取样，其中，每个取样位置对应的土层深度各不相同，以此对不同的土层进行取样，最后将采集到的不同土层的实测扭矩T和旋转角度θ都取平均值，再将该平均值应用到步骤S102中进行海洋土的动剪切模量的计算，计算结果的准确率更高。
在具体实施过程中，每次将十字板剪切仪插入不同的位置取样，任意两个取样位置之间的距离要大于一预设距离，该预设距离为十字板的板头直径的3倍，这样可以避免前一次取样对周围土壤结构的影响，可以更准确地还原现场海洋土的特性。
在具体实施过程中，步骤S102属于“动态剪切模量数据计算过程”，具体包括步骤S30～步骤S80。
步骤S30：按照如下公式(1)计算单位扭矩：
Figure BDA0002226260420000061
其中：Tn为单位扭矩，T为实测扭矩，K为十字板形状系数，r为十字板板头半径，L为板头长度。
在具体实施过程中，对于无锥尖的十字板板头，K取12.57；对于带锥尖等形状不规则板头，K取9；对于其它形状板头形状，要根据锥角大小的不同，K取9-12.57之间某一数值。
步骤S40：根据单位扭矩Tn和旋转角度θ，绘制Tn～θ曲线，如图2所示。
在具体实施过程中，绘制Tn～θ曲线的目的，主要方便通过该曲线截取旋转角度θ时的Tn值。
步骤S50：根据如下公式(2)计算出转角θm时各转速的平均模量
Figure BDA0002226260420000071
Figure BDA0002226260420000072
其中：θm为转动角度，
Figure BDA0002226260420000073
为转动θm角度的平均剪切模量，θm为Tn～θ曲线上的任意的旋转角度，下角标m对应不同的时间。
步骤S60：对于任意的旋转角度θm，通过如下公式(3)或(4)计算n，或者，如图3所示，n还可以通过绘制
Figure BDA0002226260420000074
关系曲线确定其斜率获得。
Figure BDA0002226260420000075
Figure BDA0002226260420000076
其中：θm为旋转角度；ωm为转速；tm为ωm转速下转动θm的对应时间。
步骤S70：根据获得的n、
Figure BDA0002226260420000077
按照如以下公式(5)计算G1。
Figure BDA0002226260420000078
其中：G1是动剪切模量常数。
步骤S80：根据G1和n，采用下面公式(6)确定动剪切模量随时间变化的函数G(t)。
G(t)＝G1t-n…………公式(6)
到这里，就获得了动剪切模量随时间变化的函数G(t)，基于函数G(t)就可以清楚地获知海洋土动剪切模量了。
因为传统剪切模量的测试是通过取样后在实验室内进行动三轴、共振柱试验获得的。因为取样、运输、保存以及试验过程都会造成土样的扰动，而使所获得的动剪切模量与实际有差别。
本申请不依赖实验室内的动三轴和共振柱试验，没有运输、保存等环节，而是利用十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并且可以在现场直接计算(可以使用计算机软件进行计算)出海洋土的动剪切模量。如此，降低传统方法试样因扰动造成的测试误差，并提高了实验方法的测试分析效率。
本发明的适用范围和应用前景为：确定的海洋土动剪切模量可用于海床土体的动力响应分析，确定砂土液化标准、海底滑坡分析、及地震安全性评价等土动力学分析中。本方法也可与动三轴、共振柱方法确定的动剪切模量进行对比验证，确定动剪切模量、阻尼比等参数的准确性。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，公开了一种海洋土动剪切模量测试分析方法，包括：利用十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。本发明可完成海洋土动剪切模量的测试，降低传统方法试样因扰动造成的测试误差，并提高了实验方法的测试分析效率。
实施例二
基于同一发明构思，如图5所示，本实施例提供了一种海洋土动剪切模量测试分析装置200，包括：
控制单元201，用于控制十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；
计算单元202，用于基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。
作为一种可选的实施例，控制单元201，具体用于：
控制所述十字板剪切仪插入所述海洋土的原状土样中，控制所述十字板剪切仪对所述原状土样进行剪切，并实时记录所述实测扭矩T和旋转角度θ。
作为一种可选的实施例，控制单元201，具体用于：
按照恒定角速度ω剪切所述原状土样，所述角速度ω控制在0.1rad/s以下，剪切角度大于2rad；将所述十字板剪切仪的旋转弧度控制在0.3rad以内，数据采集记录间隔取0.01rad。
作为一种可选的实施例，计算单元202，具体用于：
根据如下公式计算单位扭矩：
Figure BDA0002226260420000091
其中：Tn为所述单位扭矩，T为所述实测扭矩，K为所述十字板剪切仪的十字板形状系数，r为所述十字板剪切仪的十字板的板头的半径，L为所述板头长度；
根据所述单位扭矩Tn和所述旋转角度θ，绘制Tn～θ曲线；
根据如下公式计算出旋转角度θm时各转速的平均模量
Figure BDA0002226260420000092
Figure BDA0002226260420000093
其中：θm为Tn～θ曲线上的任意的旋转角度，
Figure BDA0002226260420000094
为转动θm角度的平均剪切模量；
对于所述任意的旋转角度θm，通过如下公式计算n；
Figure BDA0002226260420000095
其中：θm为旋转角度；ωm为转速；tm为ωm转速下转动θm的对应时间；
根据所述n和所述平均模量
Figure BDA0002226260420000096
按照如下公式计算动剪切模量常数G1；
Figure BDA0002226260420000097
根据所述动剪切模量常数G1和所述n，按照如下公式确定动剪切模量随时间变化的函数G(t)；
G(t)＝G1t-n。
作为一种可选的实施例，所述十字板剪切仪，包括：
扭矩测量装置，用于测量所述实测扭矩T；
角位移传感器，用于测量所述旋转角度θ；
传动机构，用于精确控制所述角速度ω。
作为一种可选的实施例，所述十字板形状系数K的取值，包括以下情况：
若所述十字板剪切仪的十字板的板头没有锥尖，则K的值取12.57；
若所述十字板剪切仪的十字板的板头带有锥尖，则K的值取9；
若所述十字板剪切仪的十字板的板头为其它形状，则根据锥角大小的不同，K的值取9～12.57。
由于本实施例所介绍的海洋土动剪切模量测试分析装置为实施本申请实施例中海洋土动剪切模量测试分析方法所采用的装置，故而基于本申请实施例中所介绍的洋土动剪切模量测试分析方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的海洋土动剪切模量测试分析装置的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该海洋土动剪切模量测试分析装置如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中海洋土动剪切模量测试分析方法所采用的装置，都属于本申请所欲保护的范围。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
在本申请实施例中，公开了一种海洋土动剪切模量测试分析装置，包括：控制单元，用于控制十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；计算单元，用于基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。如此，可完成海洋土动剪切模量的测试，降低传统方法试样因扰动造成的测试误差，并提高了实验方法的测试分析效率。
实施例三
基于同一发明构思，如图6所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质400，其上存储有计算机程序411，该计算机程序411被处理器执行时实现以下步骤：
控制十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量。
在具体实施过程中，该计算机程序411被处理器执行时，可以实现实施例一(或实施例二)中的任一步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种海洋土动剪切模量测试分析方法，其特征在于，包括：
控制十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；所述控制十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，包括：将所述十字板剪切仪插入所述海洋土的原状土样中，控制所述十字板剪切仪对所述原状土样进行剪切，并实时记录所述实测扭矩T和旋转角度θ；所述控制所述十字板剪切仪对所述原状土样进行剪切，包括：按照恒定角速度ω剪切所述原状土样，所述角速度ω控制在0.1rad/s以下，剪切角度大于2rad；将所述十字板剪切仪的旋转弧度控制在0.3rad以内，数据采集记录间隔取0.01rad；
基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量，包括：
根据如下公式计算单位扭矩：
Figure FDA0003515639990000011
其中：Tn为所述单位扭矩，T为所述实测扭矩，K为所述十字板剪切仪的十字板形状系数，r为所述十字板剪切仪的十字板的板头的半径，L为所述板头的长度；
根据所述单位扭矩Tn和所述旋转角度θ，绘制Tn～θ曲线；
根据如下公式计算出Tn～θ曲线上的任意的旋转角度θm时各转速的平均模量
Figure FDA0003515639990000012
Figure FDA0003515639990000013
其中：θm为Tn～θ曲线上的任意的旋转角度，
Figure FDA0003515639990000014
为转动θm角度的平均模量；
对于所述Tn～θ曲线上的任意的旋转角度θm，通过如下公式计算n；
Figure FDA0003515639990000015
其中：θm为Tn～θ曲线上的任意的旋转角度；ωm为转速；tm为ωm转速下转动θm的对应时间；
根据所述n和所述平均模量
Figure FDA0003515639990000021
按照如下公式计算动剪切模量常数G1；
Figure FDA0003515639990000022
根据所述动剪切模量常数G1和所述n，按照如下公式确定动剪切模量随时间变化的函数G(t)，t为时间参数；
G(t)＝G1t-n。
2.如权利要求1所述的海洋土动剪切模量测试分析方法，其特征在于，所述十字板剪切仪，包括：
扭矩测量装置，用于测量所述实测扭矩T；
角位移传感器，用于测量所述旋转角度θ；
传动机构，用于精确控制所述角速度ω。
3.如权利要求2所述的海洋土动剪切模量测试分析方法，其特征在于，所述十字板形状系数K的取值，包括以下情况：
若所述十字板剪切仪的十字板的板头没有锥尖，则K的值取12.57；
若所述十字板剪切仪的十字板的板头带有锥尖，则K的值取9；
若所述十字板剪切仪的十字板的板头为其它形状，则根据锥角大小的不同，K的值取9～12.57。
4.一种海洋土动剪切模量测试装置，其特征在于，包括：
控制单元，用于控制十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ；所述控制十字板剪切仪对海洋土进行现场取样，并实时记录每次取样时所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，包括：将所述十字板剪切仪插入所述海洋土的原状土样中，控制所述十字板剪切仪对所述原状土样进行剪切，并实时记录所述实测扭矩T和旋转角度θ；所述控制所述十字板剪切仪对所述原状土样进行剪切，包括：按照恒定角速度ω剪切所述原状土样，所述角速度ω控制在0.1rad/s以下，剪切角度大于2rad；将所述十字板剪切仪的旋转弧度控制在0.3rad以内，数据采集记录间隔取0.01rad；计算单元，用于基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量；
所述基于所述十字板剪切仪的实测扭矩T和旋转角度θ，获得所述海洋土的动剪切模量，包括：
根据如下公式计算单位扭矩：
Figure FDA0003515639990000031
其中：Tn为所述单位扭矩，T为所述实测扭矩，K为所述十字板剪切仪的十字板形状系数，r为所述十字板剪切仪的十字板的板头的半径，L为所述板头的长度；
根据所述单位扭矩Tn和所述旋转角度θ，绘制Tn～θ曲线；
根据如下公式计算出Tn～θ曲线上的任意的旋转角度θm时各转速的平均模量
Figure FDA0003515639990000032
Figure FDA0003515639990000033
其中：θm为Tn～θ曲线上的任意的旋转角度，
Figure FDA0003515639990000034
为转动θm角度的平均模量；
对于所述Tn～θ曲线上的任意的旋转角度θm，通过如下公式计算n；
Figure FDA0003515639990000035
其中：θm为Tn～θ曲线上的任意的旋转角度；ωm为转速；tm为ωm转速下转动θm的对应时间；
根据所述n和所述平均模量
Figure FDA0003515639990000036
按照如下公式计算动剪切模量常数G1；
Figure FDA0003515639990000037
根据所述动剪切模量常数G1和所述n，按照如下公式确定动剪切模量随时间变化的函数G(t)，t为时间参数；
G(t)＝G1t-n。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时可以实现如权利要求1～3任一权项所述的方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112857879A (zh) * 2021-02-26 2021-05-28 广州海洋地质调查局 一种用于海洋十字板试验与取芯一体化装置及方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4411160A (en) * 1981-07-27 1983-10-25 Iowa State University Research Foundation, Inc. Vane modulus soil tester
CN201611324U (zh) * 2010-02-01 2010-10-20 陈怀峰 一种海洋钻探柱状土样的抗剪强度数显测试仪
CN102128752A (zh) * 2010-11-26 2011-07-20 中国科学院力学研究所 一种微扭矩力学试验机及其测试方法
CN106770656A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 西南交通大学 一种用于模型试验中土体动剪切模量的测试装置
CN107389472A (zh) * 2017-07-21 2017-11-24 中交天津港湾工程研究院有限公司 一种机械十字板剪切仪及其使用方法
CN207163831U (zh) * 2017-08-18 2018-03-30 中国地质调查局南京地质调查中心 多功能原状土取样及十字板剪切实验装置
CN108760601A (zh) * 2018-05-22 2018-11-06 青岛理工大学 一种模拟冻融循环快速测试土体强度及渗透系数的试验装置
CN108918819A (zh) * 2018-05-22 2018-11-30 青岛理工大学 一种模拟干湿循环的多参数微型试验装置及其使用方法
CN209194498U (zh) * 2018-10-12 2019-08-02 武汉吉欧信海洋科技股份有限公司 基于dsp数字信号处理的原位测试数据采集系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105823691B (zh) * 2016-03-21 2018-06-29 中南大学 一种不排水抗剪强度室内联合测定仪及其使用方法
CN106092770A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 中国海洋石油总公司 一种箱式取样剪切强度测试方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4411160A (en) * 1981-07-27 1983-10-25 Iowa State University Research Foundation, Inc. Vane modulus soil tester
CN201611324U (zh) * 2010-02-01 2010-10-20 陈怀峰 一种海洋钻探柱状土样的抗剪强度数显测试仪
CN102128752A (zh) * 2010-11-26 2011-07-20 中国科学院力学研究所 一种微扭矩力学试验机及其测试方法
CN106770656A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 西南交通大学 一种用于模型试验中土体动剪切模量的测试装置
CN107389472A (zh) * 2017-07-21 2017-11-24 中交天津港湾工程研究院有限公司 一种机械十字板剪切仪及其使用方法
CN207163831U (zh) * 2017-08-18 2018-03-30 中国地质调查局南京地质调查中心 多功能原状土取样及十字板剪切实验装置
CN108760601A (zh) * 2018-05-22 2018-11-06 青岛理工大学 一种模拟冻融循环快速测试土体强度及渗透系数的试验装置
CN108918819A (zh) * 2018-05-22 2018-11-30 青岛理工大学 一种模拟干湿循环的多参数微型试验装置及其使用方法
CN209194498U (zh) * 2018-10-12 2019-08-02 武汉吉欧信海洋科技股份有限公司 基于dsp数字信号处理的原位测试数据采集系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
海上原位十字板剪切试验方法介绍;姚首龙等;《海岸工程》;20150630;第34卷(第2期);第68页第"1 原位十字板剪切试验的原理、设备及机理"部分 *
用扭剪试验成果求剪切模量的计算公式;王士恩等;《岩土力学》;19970930;第18卷(第3期);第1页"1 引言"部分 *

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