[發明專利]一種恢復原型狀態和強度的黏土模型地基制備方法

有效

• 申請號: 202110346425.8
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112964533B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 周燕國;張東超;楊嘯天
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種恢復原型狀態和強度的黏土模型地基制備方法，其特征在于：方法包括以下步驟：

S1：確定原型地基的總厚度h^p和模型地基的總厚度h^m，并將原型地基的土體和模型地基的土體進行分層，得到原型地基每一層土體和模型地基對應相同層土體，其中，m代表模型地基，p代表原型地基；

S2：對原型地基每一層土體進行原位十字板剪切試驗，得到原型地基每一層土體中部的不排水抗剪強度

S3：控制模型地基每一層土體的不排水抗剪強度與原型地基對應相同層土體中部的不排水抗剪強度相等，通過原型地基每一層土體中部的不排水抗剪強度與超固結比之間的關系計算得到原型地基每一層土體的超固結比，并作為模型地基對應相同層土體的超固結比，然后計算原型地基每一層土體中部的狀態參數和模型地基每一層土體的平均有效固結壓應力；

S4：確定原型地基每一層土體在e-lnp半對數坐標系下的壓縮固結線斜率λ和卸載回彈線斜率κ，將原型地基每一層土體中部的狀態參數和模型地基每一層土體的平均有效固結壓應力繪制在e-lnp坐標系中，并通過卸載回彈斜率和壓縮固結線斜率反推得到模型地基每一層土體的初始孔隙比

S5：根據模型地基每一層土體的初始泥漿狀態和模型地基每一層土體的固結壓應力進行模型地基分層制備，并在模型地基分層制備間隙埋置傳感器。

2.根據權利要求1所述的恢復原型狀態和強度的黏土模型地基制備方法，其特征在于：

所述步驟S1中，將原型地基土體和模型地基土體進行分層，具體步驟如下：

將原型地基與模型地基均劃分為n層，得到原型地基每一層土體和模型地基對應相同層土體，根據原型地基的總厚度和模型箱尺寸確定模型地基每一層厚度與原型地基對應相同層厚度的幾何相似比為λ；原型地基每一層土體的厚度為模型地基對應相同層土體的厚度縮小λ倍為其中，k＝1,2……n，k表示自上而下的土體分層序號，n表示分層的總層數。

3.根據權利要求1所述的恢復原型狀態和強度的黏土模型地基制備方法，其特征在于：

所述步驟S3中，原型地基每一層土體中部的狀態參數為為原型地基每一層土體中部的孔隙比；為原型地基每一層土體中部的平均有效自重壓應力；原型地基每一層土體中部的狀態參數、模型地基每一層土體的平均有效固結壓應力的確定包括以下步驟：

S31：對原型地基每一層土體進行室內基本物性測試試驗，獲得原型地基每一層土體的比重和浮密度；

S32：采用以下公式獲得原型地基每一層土體中部的有效自重壓應力：

式中，k表示自上而下的土體分層序號，k＝1,2……n；為原型地基第j層土體的浮密度；g為當地重力加速度；為原型地基第k層土體的厚度；j表示第k層土體的遍歷序號，j從0開始；表示原型地基第k層土體中部的有效自重壓應力；代表原型地基第j層土體的厚度，代表原型地基第k層土體的浮密度；

S33：采用以下公式計算原型地基每一層土體中部的孔隙比：

式中，為原型地基第k層土體中部的孔隙比；為原型地基第k層土體的浮密度；ρ_w為水的密度；d_sk為原型地基第k層土體的比重；

S34：采用以下公式獲得原型地基各層土體中部的超固結比

式中，表示試驗泥漿土體正常壓縮固結時的歸一化不排水抗剪強度，NC代表正常固結；表示原型地基第k層土體的不排水抗剪強度，表示原型地基第k層土體的有效自重壓應力；B為待定參數；

S35：控制模型地基各層土體的超固結比與對應的原型地基各層土體的超固結比相等，然后，采用以下公式計算模型地基各層土體的有效固結壓應力：

式中，代表模型地基各層土體的超固結比；代表原型地基第k層土體的有效自重壓應力；代表模型地基第k層土體的有效固結壓應力；

S36：通過以下公式分別計算原型地基各層土體中部的平均有效自重壓應力和模型地基各層土體的平均有效固結壓應力：

式中，為原型地基第k層土體中部的平均有效自重應力；為模型地基第k層土體的平均有效固結壓應力；K₀為原型地基土體的靜止土壓力系數；為原型地基第k層土體中部的有效自重壓應力；為模型地基第k層土體的有效固結壓應力。