CN117235991A - 一种残坡积土的力学参数获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种残坡积土的力学参数获取方法，属于土体参数测量技术领域，包括：收集残坡积土体的土样；获取收集到的土样所对应的土样资料；构建土样资料的对应关系，并根据对应关系获取土样资料间的关系表征；根据土样资料间的关系表征获取相应的力学参数。本发明通过根据收集到的残坡积土体土样所对应的土样资料，构建土样资料的对应关系，并根据对应关系获取土样资料间的关系表征，可有效确定残破积土土体土样资料的对应关系，快速获取相关力学参数，解决了当前在工程地质勘察中，设计人员常靠经验进行判别，参数选取具有较大的任意性，参数不准确的问题。

Description

一种残坡积土的力学参数获取方法

技术领域

本发明涉及一种残坡积土的力学参数获取方法，属于土体参数测量技术领域。

背景技术

残积土、坡积土等由于岩石风化后经物理搬运形成的土体，分布范围十分广泛，在剥蚀地貌、侵蚀地貌和岩溶地貌等不同地形地貌中均有分布。残坡积土的形成过程，离不开母岩的风化，因此母岩的岩性会影响土体的粒度成分和矿物成分。而土体的结构、颗粒形状、颗粒大小和颗粒分布等特点与当地气候条件、地形地貌、地表径流的因素有关。

从小范围的土体来说，不同位置的土体具有不同的物理力学性质，但就整体而言，同一岩性的风化土体具有一定的共同性质。比如不同地区的红黏土含水率不同、抗剪强度值不同，但也普遍具有高黏性、高含水率、高塑性指数、低干密度的性质。

土体表现出的力学性质在实验条件相同的情况下，取决于其物理性质，两者之间具有密切相关的内在联系，但目前仍缺少用物理指标表示力学指标的具体方法。在各行各业的工程项目中，物理参数指标和力学参数指标均需要在现场取土样，再通过繁杂的土工实验获得。这个过程周期较长、投资较大，对于时间紧、投资少、精度要求较低的工程是种负担。例如：建设山区管道灌溉的水利项目，建设内容包含大量小型水池，小直径输水管道和配水管道，该类项目往往涉及面广、线路长、时间紧迫、资金紧张等特点，没资金去开展太多的地下勘察工作和室内试验，地质人员往往凭借“经验”提出岩土体的物理力学参数，这也存在了经验不足，估值不准的隐患，甚至还会因设计人员的质疑而修改参数。甚至在大多数工程中，由于设备和施工环境的限制，不可能在所有的工程地质勘察中都开展较为全面的试验。面对上述工程，设计人员常靠经验进行判别，参数选取具有较大的任意性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种残坡积土的力学参数获取方法，可有效确定残破积土土体土样资料的对应关系，快速获取相关力学参数，解决了当前在工程地质勘察中，设计人员常靠经验进行判别，参数选取具有较大的任意性，参数不准确的问题。

为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种残坡积土的力学参数获取方法，包括：

收集残坡积土体的土样；

获取收集到的土样所对应的土样资料；

构建土样资料的对应关系，并根据对应关系获取土样资料间的关系表征；

根据土样资料间的关系表征获取相应的力学参数。

进一步地，所述获取收集到的土样所对应的土样资料的方法包括：

判断每份土样的母岩种类；

计算并统计每种母岩的土样资料。

更进一步地，所述土样资料包括物理指标和力学指标；所述物理指标包括含水率、孔隙率、塑性指数和粘粒含量；所述力学指标包括内摩擦角、粘聚力和压缩系数。

更进一步地，所述计算并统计每种土样资料包括物理指标和力学指标的平均值、标准差和标准值。

更进一步地，所述计算每种母岩土样资料的公式为：

其中，φ_m为岩土参数的平均值；

i＝1，2，3…表示i从1开始取值，取值到n，n为该组岩土参数的个数，φ_i为第i个岩土参数的值；

σ_f为岩土参数的标准差；

δ为岩土参数的变异系数；

φ_k为岩土参数的标准值；

γ_s为统计修正系数。

进一步地，所述构建土样资料的对应关系，并根据对应关系获取土样资料间的关系表征的方法包括：

构建物理指标与力学指标的对应关系组；

根据对应关系组绘制散点图；

根据散点图获取物理指标和力学指标之间的关系，关系表征为上限非线性函数和下限非线性函数。

更进一步地，所述根据散点图获取物理指标和力学指标之间的关系的方法包括：

通过物理指标的标准值加减标准差，力学指标的标准值加减标准差，形成数据边缘；

获取数据边缘对应的数据点进行公式拟合。

更进一步地，所述对应关系组包括：含水率与内摩擦角、孔隙率与内摩擦角、塑性指数与内摩擦角、粘粒含量与内摩擦角；含水率与粘聚力、孔隙率与粘聚力、塑性指数与粘聚力、粘粒含量与粘聚力；含水率与压缩系数、孔隙率与压缩系数、塑性指数与压缩系数、粘粒含量与压缩系数。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明通过根据收集到的残坡积土体土样所对应的土样资料，构建土样资料的对应关系，并根据对应关系获取土样资料间的关系表征，可有效确定残破积土土体土样资料的对应关系，快速获取相关参数，解决了当前在工程地质勘察中，设计人员常靠经验进行判别，参数选取具有较大的任意性，参数不准确的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种残坡积土的力学参数获取方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种残坡积土的力学参数获取方法的物理指标与力学指标的对应关系组示意图；

图3是本发明实施例提供的一种残坡积土的力学参数获取方法的对应关系组散点图；

图4是本发明实施例提供的一种残坡积土的力学参数获取方法的灰岩原状样的饱和天然快剪的二次多项式表示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例

如图1所示，一种残坡积土的力学参数获取方法，包括：

收集残坡积土体的土样，土样包括原状样和扰动样，其中，原状样表示保持天然含水率和天然结构的土样，扰动样表示天然结构受到破坏或含水率有了改变，或二者兼而有之的土样，扰动样的土体状态受到影响，其物理力学参数没有原状样具有代表性，故需作出区分；

获取收集到的土样所对应的土样资料，具体的：

判断每份土样的母岩种类，其中，母岩种类的判断方法包括：询问取样人；

通过查询土体的取样位置，与区域地质图对照查出母岩；去土体取样位置进行实地踏勘，确定土样的土体母岩；

在本实施例中，涉及土样母岩11种，分别为泥岩、页岩、粘土岩、砂岩、泥灰岩、灰岩、白云岩、花岗岩、玄武岩、板岩和片岩，为了获取足够的数据进行统计分析，分类时对于性质相似的母岩统归为一类，例如：钙质页岩、泥质页岩和砂页岩等统归为页岩类；砂岩、粉砂岩、细砂岩、钙质粉砂岩等统归为砂岩类；灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩等统归为灰岩类；

本实施例中，整理后得到泥岩饱和原状样和扰动样共44条数据；页岩饱和原状样和扰动样共82条数据；粘土岩饱和原状样和扰动样共193条数据；砂岩饱和原状样和扰动样共296条数据；泥灰岩饱和原状样和扰动样共274条数据；灰岩饱和原状样和扰动样共682条数据；白云岩饱和原状样和扰动样共230条数据；花岗岩饱和原状样和扰动样共37条数据；玄武岩饱和原状样和扰动样共65条数据；板岩饱和原状样和扰动样共79条数据；片岩饱和原状样和扰动样共40条数据。

计算并统计每种母岩的土样资料，其中，土样资料包括物理指标和力学指标；物理指标包括含水率、孔隙率、塑性指数和粘粒含量，原状样的含水率为天然含水率，表示天然状态下土体孔隙中水的质量与固体颗粒质量的比值；扰动样的含水率为最优含水率，表示在标准击实条件下，能够达到干密度最大值时对应的含水率，在实际使用中需要作出区分；力学指标包括内摩擦角、粘聚力和压缩系数，且内摩擦角和粘聚力需要按试验条件进行分类，至少包括天然快剪、天然固结快剪、击实快剪、击实固结快剪、天然慢剪、天然固结慢剪、三轴不固结不排水剪切、三轴固结不排水剪和三轴固结排水；

计算并统计每种土样资料包括物理指标和力学指标的平均值、标准差和标准值；

计算时需根据《岩土工程勘察规范(2016年版)》(GB50011-2001)中第14.2.2岩土参数统计的公式要求进行计算，计算每种母岩土样资料的公式为：

其中，φ_m为岩土参数的平均值；i＝1,2,3…表示i从1开始取值，取值到n；n为这组岩土参数的个数；φ_i为第i个岩土参数的值；σ_f为岩土参数的标准差；δ为岩土参数的变异系数；φ_k为岩土参数的标准值；γ_s为统计修正系数。

通过公式求取每种母岩的各项物理指标和力学指标的平均值、标准差和标准值。

构建土样资料的对应关系，并根据对应关系获取土样资料间的关系表征，关系表征为上限非线性函数和下限非线性函数，具体的：

如图2所示，构建物理指标与力学指标的对应关系组，其中，对应关系组包括：含水率与内摩擦角、孔隙率与内摩擦角、塑性指数与内摩擦角、粘粒含量与内摩擦角；含水率与粘聚力、孔隙率与粘聚力、塑性指数与粘聚力、粘粒含量与粘聚力；含水率与压缩系数、孔隙率与压缩系数、塑性指数与压缩系数、粘粒含量与压缩系数；

如图3所示，根据对应关系组绘制散点图；以一种天然含水率和天然快剪内摩擦角散点图为例，可以看到数据虽然分散，但仍具有一定的规律：数据分布较为集中，并以两者的标准值为形状的横纵轴进行分布，且数据越多，规律性越明显；根据散点图获取物理指标和力学指标之间的关系，其中，通过物理指标的标准值加减标准差，力学指标的标准值加减标准差，形成数据边缘；获取数据边缘对应的数据点进行公式拟合；

本实施例中，以内摩擦角的标准值为中心加减标准差，含水率的标准值为中心加减标准差，形成矩形数据边缘；以方框中的上下边缘线选取对应的数据点进行公式拟合，分别得到两个二次多项式的公式，分别表示含水率与内摩擦角关系的上限值和下限值；同理，可分别得到灰岩原状样的饱和天然快剪的含水率与内摩擦角、孔隙率与内摩擦角、塑性指数与内摩擦角、粘粒含量与内摩擦角；含水率与粘聚力、孔隙率与粘聚力、塑性指数与粘聚力、粘粒含量与粘聚力；含水率与压缩系数、孔隙率与压缩系数、塑性指数与压缩系数、粘粒含量与压缩系数的关系的上限非线性函数和下限非线性函数，最终整理为如图4所示的灰岩原状样的饱和天然快剪的二次多项式表，其中，x₁为含水率；x₂为孔隙率；x₃为塑性指数；x₄为粘粒含量。

可根据获取到的二次多项式表获取对应的力学参数值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种残坡积土的力学参数获取方法，其特征在于，包括：

收集残坡积土体的土样；

获取收集到的土样所对应的土样资料；

构建土样资料的对应关系，并根据对应关系获取土样资料间的关系表征；

根据土样资料间的关系表征获取相应的力学参数。

2.根据权利要求1所述的一种残坡积土的力学参数获取方法，其特征在于，

所述获取收集到的土样所对应的土样资料的方法包括：

判断每份土样的母岩种类；

计算并统计每种母岩的土样资料。

3.根据权利要求2所述的一种残坡积土的力学参数获取方法，其特征在于，所述土样资料包括物理指标和力学指标；所述物理指标包括含水率、孔隙率、塑性指数和粘粒含量；所述力学指标包括内摩擦角、粘聚力和压缩系数。

4.根据权利要求3所述的一种残坡积土的力学参数获取方法，其特征在于，所述计算并统计每种土样资料包括物理指标和力学指标的平均值、标准差和标准值。

5.根据权利要求4所述的一种残坡积土的力学参数获取方法，其特征在于，所述计算每种母岩土样资料的公式为：

其中，φ_m为岩土参数的平均值；

i＝1，2，3…表示i从1开始取值，取值到n，n为该组岩土参数的个数，φ_i为第i个岩土参数的值；

σ_f为岩土参数的标准差；

δ为岩土参数的变异系数；

φ_k为岩土参数的标准值；

γ_s为统计修正系数。

6.根据权利要求3所述的一种残坡积土的力学参数获取方法，其特征在于，所述构建土样资料的对应关系，并根据对应关系获取土样资料间的关系表征的方法包括：

构建物理指标与力学指标的对应关系组；

根据对应关系组绘制散点图；

根据散点图获取物理指标和力学指标之间的关系，关系表征为上限非线性函数和下限非线性函数。

7.根据权利要求6所述的一种残坡积土的力学参数获取方法，其特征在于，所述根据散点图获取物理指标和力学指标之间的关系的方法包括：通过物理指标的标准值加减标准差，力学指标的标准值加减标准差，形成数据边缘；

获取数据边缘对应的数据点进行公式拟合。

8.根据权利要求6所述的一种残坡积土的力学参数获取方法，其特征在于，所述对应关系组包括：含水率与内摩擦角、孔隙率与内摩擦角、塑性指数与内摩擦角、粘粒含量与内摩擦角；含水率与粘聚力、孔隙率与粘聚力、塑性指数与粘聚力、粘粒含量与粘聚力；含水率与压缩系数、孔隙率与压缩系数、塑性指数与压缩系数、粘粒含量与压缩系数。