CN108535122B - 一种粘土介质强度参数波动范围确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粘土介质强度参数波动范围确定方法，包括步骤：1)粘土层原状土现场取样；2)获取粘土标准试样强度参数；3)分析强度参数数字特征；4)进行强度参数标准化过程；5)计算方差折减函数Г2(r)；6)绘制r2‑r/Г2(r)关系曲线图；7)确定粘土介质强度参数波动范围。通过获得强度参数波动范围的定量值，实现不同复杂地质条件下形成的粘土层强度参数随机性评价，为粘土结构随机应力场及随机变形场的计算提供有效依据。该方法实施简单，操作方便，计算准确，实用性强，可广泛应用于岩土材料强度参数随机性评价分析中。
Description
技术领域
本发明涉及一种强度参数波动范围确定方法，尤其是一种适用于粘土介质粘聚力及内摩擦角波动范围确定方法。
背景技术
天然沉积粘土的强度参数通常具有明显的空间变异性，试验测得的数据是相对土试样而言的，反映的只是对应土层的点特性，不能代表其空间平均特性，土的工程特性依赖于土体的空间平均特性而非某一特定点的性质指标，因此在岩土工程中，对强度参数固有空间变异性的可靠估计是开展可靠度理论设计的关键。Vanmarcke提出的土性参数随机场模型，其实质是用齐次正态随机场模拟土性剖面参数，用自相关函数刻画岩土材料的自相关性，确立了由试验数据求得的点特性过渡到空间平均特性的方差计算方法，能够有效反应空间变异性及相关性特征，建立在该模型上的随机有限元法正成为岩土工程可靠性分析强有力的工具。
然而，要想准确描述天然沉积粘土强度参数的空间变异性，其问题之一是如何确定粘土介质粘聚力及内摩擦角的波动范围。目前，可准确确定天然沉积粘土强度参数波动范围的方法尚不多见，特别是可供一般工程人员确定粘土介质粘聚力及内摩擦角波动范围的简便实用方法鲜见报道，因此，亟需一种可以有效确定粘土介质强度参数波动范围的分析方法，进而为岩土工程随机应力场及随机变形场的计算提供有效依据。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种计算可靠、精度较高、有利于工程设计人员使用的粘土介质强度参数波动范围确定方法，以解决现有粘土介质强度参数波动范围无法有效确定的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明的粘土介质强度参数波动范围确定方法，包括以下步骤：
步骤1：粘土层原状土现场取样
采用钻孔法在粘土层垂直深度范围内进行间隔距离Δr的原状土现场取样；
步骤2：获取粘土标准试样强度参数
制作多组柱状粘土标准试样，按现有技术进行常规三轴剪切试验，获取抗剪强度参数；
步骤3：分析强度参数数字特征
依据公式(1)和(2)，对获取的抗剪强度参数进行统计分析，获取均值及标准差；
式中：X(i)为抗剪强度参数，N为试验组数，
为抗剪强度参数均值，σ为抗剪强度参数标准差；
步骤4：进行强度参数标准化过程
依据公式(3)，进行抗剪强度参数的标准化过程，消除抗剪强度参数的趋势分量；
式中：XE(i)为经过标准化后的抗剪强度参数；
步骤5：计算方差折减函数Г2(r)
选定取值间距r，采用局部平均法求抗剪强度参数各空间范围内的空间均值和空间方差，并求得取值间距r范围内的方差折减函数Г2(r)；
步骤6：绘制r2-r/Г2(r)关系曲线图
以r2为横坐标，r/Г2(r)为纵坐标，将抗剪强度参数离散点绘制在该坐标系中；
步骤7：确定粘土介质强度参数波动范围
以一条直线拟合r2-r/Г2(r)坐标系中的离散点，直线斜率的倒数即为抗剪强度参数的波动范围。
所述的步骤1中，粘土层垂直深度范围为5～15m，原状土现场取样间隔距离Δr为0.8～1.2m
所述的步骤2中，抗剪强度参数包括粘聚力和内摩擦角。
所述的步骤2中，制作多组柱状粘土标准试样的直径分别为61.8mm，高度为125mm。
所述的步骤5中，选定取值间距r为实际取样间距的整数倍，即r＝nΔr。
所述的步骤5中，局部平均法求空间均值、空间方差及方差折减函数详细过程如下表：
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明的计算可靠、精度较高、有利于工程设计人员使用的粘土介质强度参数波动范围确定方法，解决了现有粘土介质强度参数波动范围无法有效确定的问题。与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明通过简单的现场取样、三轴试验、统计分析及直线拟合即可有效确定粘土介质强度参数的波动范围，整个步骤清晰，物理意义明确，操作方便，实用性强，得到的强度参数波动范围可直接应用于粘土结构随机应力场及随机变形场的计算；
2.本发明的强度参数波动范围确定方法不仅仅局限于粘聚力及内摩擦角，对于具有空间变异性及相关性特征的其他强度参数(如弹性模量、泊松比)随机场分析同样适用，通用性强。
附图说明
图1为本发明的强度参数波动范围确定方法的流程图。
图2为本发明具体实施例的直线拟合图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：
本发明的粘土介质强度参数波动范围确定方法，具体步骤如下：
步骤1：粘土层原状土现场取样
采用钻孔法在5～15m粘土层垂直深度范围内进行间隔0.8～1.2m的原状土现场取样；
步骤2：获取粘土标准试样强度参数
制作多组直径为61.8mm，高度为125mm的粘土标准试样，进行常规三轴剪切试验，获取抗剪强度参数，抗剪强度参数包括粘聚力和内摩擦角；
步骤3：分析强度参数数字特征
依据公式(1)和(2)，对获取的多组抗剪强度参数进行统计分析，获取均值及标准差；
式中：X(i)为抗剪强度参数，N为试验组数，
为抗剪强度参数均值，σ为抗剪强度参数标准差；
步骤4：进行强度参数标准化过程
依据公式(3)，进行抗剪强度参数的标准化过程，消除抗剪强度参数的趋势分量；
式中：XE(i)为经过标准化后的抗剪强度参数；
步骤5：计算方差折减函数Г2(r)
选定取值间距r，采用局部平均法求抗剪强度参数各空间范围内的空间均值和空间方差，并求得取值间距r范围内的方差折减函数Г2(r)；
所述取值间距r为实际取样间距的整数倍，，即r＝nΔr；局部平均法求空间均值、空间方差及方差折减函数详细过程如下表：
步骤6：绘制r2-r/Г2(r)关系曲线图，
以r2为横坐标，r/Г2(r)为纵坐标，将多组抗剪强度参数离散点绘制在该坐标系中；
步骤7：确定粘土介质强度参数波动范围
以一条直线拟合r2-r/Г2(r)坐标系中的离散点，直线斜率的倒数即为抗剪强度参数的波动范围。
具体的：
某粘土层原状土的10组粘聚力及10组内摩擦角离散点绘制在r2-r/Г2(r)坐标系中，如图2所示，粘聚力的拟合直线斜率为1.21，内摩擦角的拟合直线斜率为1.43，由此可确定该粘土介质粘聚力波动范围为0.83m，内摩擦角波动范围为0.70m。
Claims (1)
1.一种粘土介质强度参数波动范围确定方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：粘土层原状土现场取样
采用钻孔法在粘土层垂直深度范围内进行间隔距离Δr的原状土现场取样；
步骤2：获取粘土标准试样强度参数
制作多组柱状粘土标准试样，按现有技术进行常规三轴剪切试验，获取抗剪强度参数；
步骤3：分析强度参数数字特征
依据公式(1)和(2)，对获取的抗剪强度参数进行统计分析，获取均值及标准差；
式中：X(i)为抗剪强度参数，N为试验组数，
为抗剪强度参数均值，σ为抗剪强度参数标准差；
步骤4：进行强度参数标准化过程
依据公式(3)，进行抗剪强度参数的标准化过程，消除抗剪强度参数的趋势分量；
式中：XE(i)为经过标准化后的抗剪强度参数；
步骤5：计算方差折减函数Г2(r)
选定取值间距r，采用局部平均法求抗剪强度参数各空间范围内的空间均值和空间方差，并求得取值间距r范围内的方差折减函数Г2(r)；
局部平均法求空间均值、空间方差及方差折减函数详细过程如下表：
步骤6：绘制r2-r/Г2(r)关系曲线图
以r2为横坐标，r/Г2(r)为纵坐标，将抗剪强度参数离散点绘制在坐标系中；
步骤7：确定粘土介质强度参数波动范围
以一条直线拟合r2-r/Г2(r)坐标系中的离散点，直线斜率的倒数即为抗剪强度参数的波动范围；
所述的步骤1中，粘土层垂直深度范围为5～15m，原状土现场取样间隔距离Δr为0.8～1.2m；
所述的步骤2中，抗剪强度参数包括粘聚力和内摩擦角；
所述的步骤2中，制作多组柱状粘土标准试样的直径分别为61.8mm，高度为125mm；
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2018
- 2018-04-18 CN CN201810350861.0A patent/CN108535122B/zh active Active
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| Assessment for the spatial variation characteristics of uncertain thermal;Tao Wang 等;《Applied Thermal Engineering》;20180209;第134卷;第484-489页 * |
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