[發明專利]基于分形維數度量鈣質土破碎率的方法

在審

• 申請號: 201910977622.2
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110781586A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 李颯;林瀾;尚國文;劉小龍;陳文煒
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F113/06
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種基于分形維數度量鈣質土破碎率的方法：取初始土樣進行篩分試驗；得到初始土樣的顆粒最大粒徑d_M，繪出(log(d/d_M)，log(F(d)))關系散點圖；線性擬合，得到直線斜率k₀，求出初始土樣的分形維數D₀＝3?k₀；初始土樣經外部荷載作用后進行篩分試驗；得到外部荷載作用后的土樣的顆粒最大粒徑d′_M，繪出(log(d/d′_M)，log(F(d)))關系散點圖；線性擬合，得到直線斜率k'，求出外部荷載作用后土樣的分形維數D'＝3?k'；令鈣質土分形維數的最大值為D_M，鈣質土的破碎率B_r,D由公式度量。本發明度量出的鈣質土地基土體破碎率與實際情況更加相符。

技術領域

本發明涉及一種鈣質土破碎率的度量方法，更具體的說，是涉及一種基于分形維數度量鈣質土破碎率的方法

背景技術

鈣質土在南海地區有著廣泛的分布，該海域內島礁遠離大陸，各種物資能源極度匱乏，為緩解能源緊缺，必須在這些島嶼進行風電開發建設。而在建設過程中，場地打樁、地基土的夯實以及車輛碾壓等均會造成鈣質土地基的顆粒發生破碎，從而使得地基土的物理力學性質發生改變。土的顆粒破碎一般是指組成土的顆粒在外部荷載作用下產生結構破壞或破損，分裂成多個更小的顆粒。目前常用的兩種破碎率評價方法包括Hardin和Einav方法。

如附圖1所示，Hardin方法假設粉粒的粒徑上限0.074mm作為顆粒破碎的極限粒徑，以初始級配曲線與過程級配曲線所圍成的面積B_t，比上初始級配曲線與極限粒徑所圍成的面積B_p,H，得到Hardin破碎率B_r,H如式(1)所示。近年來越來越多的研究成果顯示，土體顆粒破碎的極限狀態是一條完整的級配曲線，故而，如附圖2所示，Einav在Hardin方法的基礎上，提出以初始級配曲線與過程級配曲線所圍成的面積B_t比上初始級配曲線與極限級配曲線所圍成的面積B_p,E，來作為Einav破碎率B_r,E的數值(見式(2))。

式中，B_t為初始級配曲線與過程級配曲線所圍成的面積，B_p,H為初始級配曲線與極限粒徑0.074mm所圍成的面積，B_p,E為初始級配曲線與極限級配曲線所圍成的面積，B_r,H與B_r,E分別為由Hardin和Einav方法計算出的土體破碎率。

然而，上述兩種常用方法均存在其自身的缺點。Hardin方法以粉粒的粒徑上限0.074mm作為顆粒破碎的極限粒徑，缺乏試驗證據，且對顆粒破碎的潛能帶來了一定的放大作用。Einav方法計算結果更加準確，但在實際工程中要得到極限級配曲線較為困難。因此，提出一種新的能夠快速、準確地度量鈣質土破碎率的方法對南海島礁的建設與開發至關重要。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提出一種基于分形維數度量鈣質土破碎率的方法，采用該方法度量出的鈣質土地基土體破碎率與實際情況更加相符。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明基于分形維數度量鈣質土破碎率的方法，包括以下步驟：

步驟一，按照《土工試驗規程》SL237-1999中的操作步驟，取初始土樣進行篩分試驗；

步驟二，根據步驟一中的篩分試驗結果，得到初始土樣的顆粒最大粒徑d_M，并在直角坐標系中繪出對應于初始土樣的(log(d/d_M)，log(F(d)))關系散點圖，其中d表示顆粒的某一粒徑，F(d)表示粒徑小于d的顆粒質量占總質量的百分比；