CN112986008A - 基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法：现场取回的钙质土样烘干，通过土工试验确定每类钙质土样的γd,max、γd,min、d50；设定Dr，计算出各种Dr下每类钙质土样的γd；分别测出不同γd下每类钙质土样的粘聚力、内摩擦角、贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度；分别绘制每类钙质土样的锤击数—累积贯入深度散点图，分别将每幅图中数据点拟合成一条直线，直线的斜率为钙质土样的pindex；分别绘制pindex与
pindex与
散点图；拟合得到pindex与
pindex与
的表达式；得到300/N10与
300/N10与
的表达式。本发明预测出的钙质土强度指标与实测值更加相符。
Description
技术领域
本发明涉及一种评价钙质土强度指标的方法，更具体的说，是涉及一种基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法。
背景技术
钙质土作为一种海相成因的特殊岩土材料，在世界范围内有着广泛的分布。由于特殊的形成环境，其颗粒具有形状不规则、多孔隙、易破碎等特点，这使得钙质土有着迥异于陆相沉积物的物理力学性质。在海洋工程中，钙质土经常被用作海洋石油平台、防波堤、机场等结构物的地基材料。因此，提出一种新的能够快速且准确地预测钙质土强度指标的方法对于这些海洋结构物的设计有着重要的意义。
土体的抗剪强度指标一般由直剪试验、三轴试验来确定。对于粒径较小的无粘性土而言，开展小型的直剪或三轴试验就可确定其强度指标。但是，对于粒径较大的无粘性土而言(如砾石土)，需要大型的直剪或三轴试验才能确定其强度指标，这无疑增加了难度。在《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)中，提到圆锥动力触探试验指标可以用来评价土体的强度指标。圆锥动力触探试验是利用一定的锤击能量将一定规格的圆锥探头打入土中，根据贯入锤击数来判别土的力学性质。
目前，通过贯入指标来评价土体抗剪强度指标的经验公式主要是基于石英砂的试验数据得来的。对于钙质土而言，探头在贯入过程中会因颗粒发生破碎而消耗能量，而且钙质土的颗粒形状不规则，往往具有较大的粒径，这些大颗粒间相互咬合会产生一种“粘聚力”。这些因素都会对贯入指标与强度指标之间的关系产生影响，因此，针对石英砂提出的经验公式不能直接应用于钙质土。综上所述，提出一种新的适用于钙质土，基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法具有非常重大的意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法，采用该方法预测出的钙质土强度指标与实测值更加相符。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法，包括以下步骤：
步骤一，在现场取回不同种类的钙质土样，在室内采用烘箱烘干，然后通过土工试验确定每类钙质土样是物理指标：最大干重度γd,max、最小干重度γd,min、平均粒径d50；
步骤二，每类钙质土样至少设定两种相对密实度Dr，根据步骤一中测定的最大干重度γd,max和最小干重度γd,min，换算出不同相对密实度Dr下每类钙质土样的干重度γd；
步骤三，通过室内大型直剪试验分别测定不同相对密实度Dr下每类钙质土样的抗剪强度指标：粘聚力c和内摩擦角
步骤四，通过室内轻型动力触探模型试验，分别测定确定不同相对密实度Dr下每类钙质土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度；
步骤五，利用步骤四中测定的数据，分别绘制不同相对密实度Dr下每类钙质土样的锤击数—累积贯入深度散点图；锤击数与累积贯入深度之间呈线性关系，采用最小二乘法分别对每幅锤击数—累积贯入深度散点图中的数据点进行拟合，每条拟合直线的斜率为对应种类钙质土样在其相对密实度Dr下的贯入度pindex；
步骤六，结合步骤二、步骤三、步骤五中得到的所有的干重度γd、粘聚力c、内摩擦角
和贯入度pindex，以及步骤一中测得的所有的平均粒径d50，分别绘制pindex与
pindex与
的散点图；
步骤七，利用最小二乘法分别对步骤六中两幅散点图中的数据点进行拟合，分别得到pindex与
pindex与
之间关系的数学表达式；
步骤八，由于《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)中采用探头贯入30cm所需的锤击数N10作为轻型动力触探试验的指标，因此得pindex＝300/N10，将其代入步骤七的两个表达式中，即得到300/N10与
300/N10与
之间关系的表达式，这两个表达式即用于确定现场钙质土的抗剪强度指标。
步骤一中所述钙质土样为四种不同粒径和级配情况的钙质角砾。
步骤三中所述室内大型直剪试验是通过大型直剪仪进行的，大型直剪仪的直剪盒尺寸为500mm×500mm×402mm，其中，402mm包括2mm的剪切缝。
步骤四中所述室内轻型动力触探模型试验是通过轻型动力触探仪进行的，轻型动力触探仪采用《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)规定的规格。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明中得出的经验公式适用于钙质土，为采用现场轻型动力触探试验确定钙质土的强度指标提供可靠依据。
(2)本发明中经验公式考虑了钙质土的粒径和级配对土体贯入度与强度指标之间关系的影响，故而可以广泛地用来预测不同钙质土的粘聚力和内摩擦角，为设计提供可靠的强度指标。
(3)本发明方法符合工程实际，方法简单明确，易于操作，所涉及参数都容易确定且可靠。
综上所述，本发明针对于钙质土，并能够考虑钙质土的粒径对贯入阻力的影响。因此，在现场轻型动力触探试验中采用其拟合出的关系式预测钙质土的强度指标将会更加精确、合理。
附图说明
图1是实施例一中pindex与
关系散点图；
图2是实施例一中pindex与
关系散点图；
图3是实施例一中pindex与
关系拟合直线图；
图4是实施例一中pindex与
关系拟合曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法，包括以下步骤：
步骤一，在现场取回不同种类的钙质土样若干，在室内采用烘箱烘干，然后通过土工试验分别确定每类钙质土样是物理指标：最大干重度γd,max、最小干重度γd,min、平均粒径d50。其中，所述钙质土样可以为四种不同粒径和级配情况的钙质角砾。
步骤二，设置若干相对密实度Dr(每类钙质土样至少设定两种相对密实度Dr)，根据步骤一中测定的最大干重度γd,max和最小干重度γd,min，利用公式(1)换算出不同相对密实度Dr下每类钙质土样的干重度γd。
步骤三，通过室内大型直剪试验分别测定不同相对密实度Dr下每类钙质土样的抗剪强度指标：粘聚力c和内摩擦角
其中，室内大型直剪试验是通过大型直剪仪进行的，大型直剪仪的直剪盒尺寸为500mm×500mm×402mm，402mm包括2mm的剪切缝。
步骤四，通过室内轻型动力触探模型试验，分别测定不同相对密实度Dr下每类钙质土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度。其中，室内轻型动力触探模型试验是通过轻型动力触探仪进行的，轻型动力触探仪采用《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)规定的规格。
步骤五，利用步骤四中测定的数据，分别绘制不同相对密实度Dr下每类钙质土样的锤击数—累积贯入深度散点图。锤击数与累积贯入深度之间呈线性关系，采用最小二乘法分别对每幅锤击数—累积贯入深度散点图中的数据点进行拟合，每条拟合直线的斜率为对应种类钙质土样在其相对密实度Dr下的贯入度pindex。
步骤六，结合步骤二、步骤三、步骤五中得到的所有的干重度γd、粘聚力c、内摩擦角
和贯入度pindex，以及步骤一中测得的所有的平均粒径d50，分别绘制pindex与
pindex与
的散点图。
步骤七，利用最小二乘法分别对步骤六中两幅散点图中的数据点进行拟合，分别得到pindex与
pindex与
之间关系的数学表达式。
步骤八，由于《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)中采用探头贯入30cm所需的锤击数N10作为轻型动力触探试验的指标，因此得pindex＝300/N10，将其代入步骤七的两个表达式中，即可得到300/N10与
300/N10与
之间关系的表达式，这两个表达式即用于确定现场钙质土的抗剪强度指标。
实施例一：
本发明的基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法，包括以下步骤：
步骤一，将现场取回的四类钙质土样烘干，分别为钙质角砾A、钙质角砾B、钙质角砾C和钙质角砾D。通过土工试验测得：钙质角砾A，其最大干重度γd,max＝16.70kN/m3，最小干重度γd,min＝12.80kN/m3，平均粒径d50＝3.85mm；钙质角砾B，其最大干重度γd,max＝15.19kN/m3，最小干重度γd,min＝12.23kN/m3，平均粒径d50＝7.15mm；钙质角砾C，其最大干重度γd,max＝16.35kN/m3，最小干重度γd,min＝12.63kN/m3，平均粒径d50＝7.18mm；钙质角砾D，其最大干重度γd,max＝14.35kN/m3，最小干重度γd,min＝11.02kN/m3，平均粒径d50＝20.60mm。
步骤二，每类钙质土样设定两种相对密实度Dr，根据步骤一中测得的最大干重度γd,max和最小干重度γd,min，利用公式(1)计算出各种相对密实度Dr下每类钙质土样的干重度γd。
步骤三，通过室内大型直剪试验分别测定不同相对密实度Dr下每类钙质土样的抗剪强度指标：粘聚力c和内摩擦角
步骤四，通过室内轻型动力触探模型试验分别测定不同相对密实度Dr下每类钙质土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度。
步骤五，利用步骤四中测定的数据，分别绘制不同相对密实度Dr下每类钙质土样的锤击数—累积贯入深度散点图。锤击数与累积贯入深度之间呈线性关系，采用最小二乘法分别对每幅锤击数—累积贯入深度散点图中的数据点进行拟合，每条拟合直线的斜率为对应种类钙质土样在其相对密实度Dr下的贯入度pindex。
步骤六，结合步骤二、步骤三、步骤五中得到的所有的干重度γd、粘聚力c、内摩擦角
和贯入度pindex，以及步骤一中测得的所有的平均粒径d50，分别绘制pindex与
pindex与
的散点图，如图1、图2所示。
步骤七，利用最小二乘法对步骤六中两幅散点图中的数据点进行拟合，分别得到pindex与
pindex与
之间关系的表达式，如图3、图4所示。
步骤八，将pindex＝300/N10分别代入步骤七的两个表达式中，即可得到300/N10与
之间关系的表达式为
300/N10与
之间关系的表达式为
对这两个表达式进行转化分别得到
这两个表达式即用于确定现场钙质土的抗剪强度指标。
由图3和图4可以看出，采用本发明方法确定钙质土的强度指标，其相关性良好。主要原因是本发明的方法在确定土体贯入指标与强度指标之间关系时考虑了颗粒粒径对土体贯入阻力的影响，因此预测结果更加接近于实际值，更加安全、合理。
海上丝绸之路区域内分布有大量钙质土，上述方法可直接用于确定该区域内钙质土的强度指标。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在现场取回不同种类的钙质土样，在室内采用烘箱烘干，然后通过土工试验确定每类钙质土样是物理指标：最大干重度γd,max、最小干重度γd,min、平均粒径d50；
步骤二，每类钙质土样至少设定两种相对密实度Dr，根据步骤一中测定的最大干重度γd,max和最小干重度γd,min，换算出不同相对密实度Dr下每类钙质土样的干重度γd；
步骤三，通过室内大型直剪试验分别测定不同相对密实度Dr下每类钙质土样的抗剪强度指标：粘聚力c和内摩擦角
步骤四，通过室内轻型动力触探模型试验，分别测定确定不同相对密实度Dr下每类钙质土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度；
步骤五，利用步骤四中测定的数据，分别绘制不同相对密实度Dr下每类钙质土样的锤击数—累积贯入深度散点图；锤击数与累积贯入深度之间呈线性关系，采用最小二乘法分别对每幅锤击数—累积贯入深度散点图中的数据点进行拟合，每条拟合直线的斜率为对应种类钙质土样在其相对密实度Dr下的贯入度pindex；
步骤六，结合步骤二、步骤三、步骤五中得到的所有的干重度γd、粘聚力c、内摩擦角
和贯入度pindex，以及步骤一中测得的所有的平均粒径d50，分别绘制pindex与
pindex与
的散点图；
步骤七，利用最小二乘法分别对步骤六中两幅散点图中的数据点进行拟合，分别得到pindex与
pindex与
之间关系的数学表达式；
步骤八，由于《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)中采用探头贯入30cm所需的锤击数N10作为轻型动力触探试验的指标，因此得pindex＝300/N10，将其代入步骤七的两个表达式中，即得到300/N10与
300/N10与
之间关系的表达式，这两个表达式即用于确定现场钙质土的抗剪强度指标。
2.根据权利要求1所述的基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法，其特征在于，步骤一中所述钙质土样为四种不同粒径和级配情况的钙质角砾。
3.根据权利要求1所述的基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法，其特征在于，步骤三中所述室内大型直剪试验是通过大型直剪仪进行的，大型直剪仪的直剪盒尺寸为500mm×500mm×402mm，其中，402mm包括2mm的剪切缝。
4.根据权利要求1所述的基于轻型动力触探试验指标评价钙质土强度指标的方法，其特征在于，步骤四中所述室内轻型动力触探模型试验是通过轻型动力触探仪进行的，轻型动力触探仪采用《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)规定的规格。
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