[發明專利]一種利用剪切模量變化計算軟土結構性擾動度的方法

有效

• 申請號: 201610905651.4
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN106525978B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 周燕國;劉弈辰;孫政波;陳捷;陳云敏;黃博
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種利用剪切模量變化計算軟土結構性擾動度的方法。取樣前現場原位剪切波速測試，獲得原位剪切波速，取不同深度的土樣并標記，對所取不同深度的土樣，在待其應力釋放后和重塑后分別用彎曲元剪切波速測試裝置進行測試，獲得取樣擾動后無應力狀態的剪切波速和土體重塑后的剪切波速，計算取樣前的土體平均有效應力和上覆有效應力，計算得到各深度取樣導致的土體結構性擾動度。本發明測試步驟簡單，測試結果準確，通過分離在取樣過程中土體結構性擾動(不可恢復擾動)和應力狀態改變(可恢復擾動)這兩個影響因子，可分別在現場和室內計算取樣過程造成的土體結構性擾動程度。

技術領域

本發明涉及土體擾動計算方法，具體涉及了一種利用剪切模量變化計算軟土結構性擾動度的方法。

背景技術

目前對于土體物理力學性質評價主要通過現場原位試驗和室內試驗兩部分。室內試驗具有經濟、靈活和易于控制的優點，但在現有取樣過程中，雖然經過了很多研究和改進，仍不可避免的會對土體造成擾動。為了減小取樣擾動對室內試驗結果的影響，準確測試土體物理力學性質指標，除了改進取樣設備和提高技術水平盡量減小擾動外，還應建立取樣對土樣結構性擾動度的定量評價體系。鉆孔取樣造成土樣擾動主要可分為應力釋放和土體結構性擾動兩部分，前者造成的擾動可恢復，而后者不可恢復。現有取樣擾動計算方法主要基于室內固結試驗，試驗耗時較長且如果結果不理想容易錯過再次取樣的機會。也有通過剪切波速為指標評價取樣擾動的方法，這種方法可在現場進行取樣擾動評價，具有無損檢測且耗時短的優點。但需注意，剪切波速綜合反映應力水平和結構性，并沒有與結構擾動直接關聯，未能將應力釋放和土體結構性擾動區分開。室內試驗中可通過各類試驗裝置使土樣恢復原位應力狀態水平以消除應力釋放因素對室內試驗結果的影響，而軟粘土取樣時造成的結構性擾動則導致土體顆粒結構損傷，在室內試驗時無法恢復。綜上所述，在巖土勘察領域缺少一套對取樣過程造成土體結構性擾動的定量計算方法與測試技術。

發明內容

本發明的目的是針對現有方法計算取樣過程導致的土體結構性擾動度的不足之處，提供了一種利用剪切模量變化計算軟土結構性擾動度的方法，從而實現采用應力歸一化后的小應變剪切模量指標計算取樣過程導致的土體結構性擾動度。土體小應變剪切模量是綜合表征土體結構性和應力水平狀態的一個物理量，具有無損檢測和室內與現場原位協同測試的突出優勢。影響小應變剪切模量的主要因素是有效應力和土體微觀結構性(顆粒接觸數目、方向性和接觸形式)，分別對應取樣擾動時的應力水平狀態和土體結構性，土體應力水平越高，土體結構性越強，則小應變剪切模量越大。小應變剪切模量具有明確的物理意義，現場原位值和室內試驗值易于測定，對取樣過程造成的土體擾動較為敏感，且整個測試過程對試驗土樣的擾動極小。

本發明采用的技術方案包括以下步驟：

1)取樣前在擬取樣場地利用跨孔法進行現場原位剪切波速測試，獲得該場地不同深度處的取樣擾動前的原位剪切波速V_s0；

2)在取樣場地按照擬定深度鉆孔取不同深度的土樣，在取樣筒上標記所取土樣深度；

3)對所取不同深度的土樣，待其應力釋放后分別用彎曲元剪切波速測試裝置進行測試，由于所測試樣是取樣后應力狀態為零的土樣，因此獲得取樣擾動后無應力狀態的剪切波速V_s1；

4)對所取不同深度的土樣，將其重塑使得土體結構性降到最低，再分別用彎曲元剪切波速測試裝置進行測試，獲得土體重塑后的剪切波速V_s2，，即土體結構度擾動度SD＝100％的剪切波速V_s2；

5)計算取樣前的土體平均有效應力σ'_m0和取樣前的土體上覆有效應力σ'_v0；

6)計算得到各深度取樣導致的土體結構性擾動度SD。

所述彎曲元剪切波速測試裝置具體可采用申請號為201610096076.8的發明專利申請中的技術方案。