[發(fā)明專利]一種確定砂土-結構界面摩擦系數(shù)的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811335513.2
• 申請日: 2018-11-10
• 公開（公告）號: CN109459381A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 李颯;史乃偉;劉小龍;俞俊;陳文煒
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發(fā)明公開了一種確定砂土?結構界面摩擦系數(shù)的方法：取需要測量的土樣，通過土工試驗確定干密度ρ_d，量取試驗裝置基本尺寸并計算土樣體積V；根據(jù)ρ_d和V，確定土樣質量；采用分層裝填；在土樣頂端放置加載板，施加初始正應力，待其固結穩(wěn)定后，等體積條件下進行剪切試驗；共N組試驗，每組試驗初始法向應力取不同值，記錄每組試驗τ、σ、x隨時間變化關系；當剪切力大小趨于穩(wěn)定值時，認為土樣減損，否則，當剪切位移達到30mm停止試驗；對每組試驗數(shù)據(jù)處理，繪制τ/σ_cn?γ關系曲線；繪制τ?σ關系曲線，計算界面摩擦系數(shù)；把每組試驗τ?σ關系曲線“拐點”連接起來，計算界面摩擦系數(shù)。本發(fā)明確定的土?結構界面摩擦系數(shù)與實際情況更加相符。

技術領域

本發(fā)明涉及一種方法，更具體的說，是涉及一種確定砂土-結構界面摩擦系數(shù)的方法。

背景技術

隨著海洋開發(fā)和保衛(wèi)的需要，特別是近些年來對海上油氣資源的開采及島礁的建設，海洋工程的建設方興未艾，鋼管樁基是海洋工程中常用的基礎形式，重力錨在南海深水中有很好的應用前景，土與結構物的界面摩擦特性在工程中建設中有重要的應用意義，而界面摩擦系數(shù)又是工程設計，施工當中的一個重要參數(shù)。認識上的不足會給工程規(guī)劃、設計和施工帶來較大風險，甚至會導致建設成本的增加，同時由于海洋環(huán)境變化復雜，海洋工程除了考慮海水條件的腐蝕、海洋生物的污著等作用外，還必須能承受地震、臺風、海浪、潮汐等強烈的自然因素，因此，正確選取土-結構界面摩擦系數(shù)能夠盡可能大的避免各種風險，減少各種事故，節(jié)約經(jīng)濟成本，具有重要的工程意義。

目前，關于土-結構界面摩擦系數(shù)的參考取值國內還沒有明確的規(guī)范要求,確定土-結構界面摩擦系數(shù)的方法有以下幾種：(1)進行拉拔試驗來確定土-結構界面摩擦系數(shù)。拉拔試驗中，結構物可以穿過箱體兩端，水平的放置在土體中，然后豎向施加一定的豎向荷載，水平拉動結構物，量測鋼板的位移，建立剪應力-位移關系曲線，同時測量土—結構界面摩擦系數(shù)。拉拔試驗箱結構簡單容易操作，廣泛應用于土工合成材料與土體的界面摩擦特性試驗。而對于砂土，拉拔試驗存在以下明顯的缺點：①由于箱體前后兩端縫隙的寬度大于結構物的厚度，因此試驗過程中伴隨著結構物被拉出，會有土從縫隙中擠出。②當施加豎向荷載后，結構物以上箱體中的土會被壓縮，豎向荷載較大或者試驗用土的相對密實度較小時，插入的結構物都可能會與縫隙下端接觸，從而產(chǎn)生較大摩擦。(2)進行直剪(摩擦)試驗來確定土-結構界面摩擦系數(shù)。這種試驗優(yōu)點是儀器構造簡單，操作方便，缺點也很明顯:剪切面不一定是試樣抗剪能力最弱的面；剪切面上的應力分布不均勻，而且受剪切面面積越來越小。(3)進行單剪試驗來確定土-結構界面摩擦系數(shù)。單剪試驗接觸面的應力狀態(tài)比直剪試驗有所改善，但當剪切變形發(fā)生后，試樣疊環(huán)一邊會上翹，從而使試樣內豎向應力分布不均，且單剪儀結構比直剪儀復雜。(4)進行環(huán)剪試驗來確定土-結構界面摩擦系數(shù)。環(huán)剪試驗的優(yōu)點是不存在邊界擠壓引起試樣應力分布不均的情況，但是該儀器較復雜、使用也不方便。而且由于沿半徑方向接觸面上的剪切位移不同，從而導致剪應力分布不均。

以上為目前常用的確定土-結構界面摩擦系數(shù)的方法，其中拉拔試驗廣泛應用于土工合成材料與土體的界面摩擦特性試驗，不適合用于確定砂-結構界面摩擦系數(shù)，環(huán)剪試驗儀器較復雜、使用也不方便，因此應用較為廣泛的還是用直剪(摩擦)試驗和單剪試驗來確定砂-鋼界面摩擦系數(shù)。但是這種方法由于在確定界面摩擦系數(shù)時，采用的控制標準不唯一，因此容易對界面摩擦系數(shù)的合理應用造成困擾；此外，對于海洋工程而言，因其環(huán)境條件惡劣，復雜，不確定性因素較多，因此工程設計、施工中采用這種方法確定的界面摩擦系數(shù)存在一定的風險。綜上所述，提出一種安全，可靠的方法來確定砂土-結構界面摩擦系數(shù)具有十分重要的意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種確定砂土-結構界面摩擦系數(shù)的方法，采用該方法確定的土-結構界面摩擦系數(shù)與實際情況更加相符。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明的確定砂土-結構界面摩擦系數(shù)的方法，包括以下步驟：