一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法，该方法主要分为以下三部分：第一，推导含有离心加速度的竖向渗透固结系数C

【技术实现步骤摘要】
一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法


[0001]本专利技术属于土工测试
，尤其涉及一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法。

技术介绍

[0002]基质吸力作为研究土体力学特性的重要参数，其测试手段繁多，目前土工离心模型试验是快速测定土体中的基质吸力的重要手段。离心试验是通过离心场来代替重力场，并根据土体变形量、转速与基质吸力的关系，得到土体的基质吸力。离心过程中土体可能会产生沉降变形和裂缝，但是以往的土体变形是通过刻度尺或者千分表等一维位移计量测获取，不均匀沉降或者开裂影响下的测试误差显然不能满足体变的测试精度，不同尺寸的测试还极大影响了试验的时效性。
[0003]土体在离心作用下产生沿着离心半径方向的变形，故土工离心试验过程可看作土体的单向固结过程。因此，可通过建立离心场与土体单向固结理论之间的关系来预测离心作用下的土体变形，以避免量测土体变形量引起的误差并提升试验效率。
[0004]可见，给出能够克服上述不足的技术方法，实现离心体变影响下土体基质吸力的高效测试，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法，可用于预测非均匀体变影响下离心土样的基质吸力。
[0006]本专利技术的一个方面，提供了一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法，包括以下步骤：
[0007]1)进行多次离心机试验，设置第i次试验的离心机转速n
i
，n
i
>n
i
‑1，并设置第i次试验离心时间t
i
及第i次试验离心加速度a
i
；通过称重计算第i次试验与第i
‑
1次试验的失水量与干土质量的比值，得到第i次试验后的土样的含水率w
i
，直到土样的含水率w
i
满足试验结束条件时，停止离心机试验工作；
[0008]2)计算土样的压缩系数β
i
，β
i
通过公式(1)获得：
[0009]β
i
＝ρa
i
L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010]其中，ρ为土样密度；L为土样原始高度；
[0011]3)计算土样的粘滞系数η
i
，η
i
通过公式(2)获得：
[0012][0013]其中，d为土样的颗粒平均宽度；
[0014]4)根据公式(2)，计算土样的渗透系数k
i
，k
i
公式(3)获得：
[0015][0016]5)根据公式(1)、公式(2)、公式(3)，计算土样的竖向渗透固结系数C
vi
，C
vi
通过公
式(4)获得：
[0017][0018]其中，e1为土样的初始孔隙比；γ
w
为水的重度；
[0019]6)计算时间因数T
vi
，T
vi
通过公式(5)获得：
[0020][0021]7)计算土样最终沉降量S，S通过公式(6)获得：
[0022][0023]其中，m为土样总质量，dz表示土样高度的微分；
[0024]8)根据时间因数T
v
与固结度U
s
的关系图，得到固结度U
si
；
[0025]9)根据固结度U
si
，计算离心时间t
i
的土样沉降量S
ti
，S
ti
通过公式(7)获得：
[0026]S
ti
＝U
si
·
S
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0027]10)计算离心后土样高度L
i
，L
i
通过公式(8)获得：
[0028]L
i
＝L
‑
S
ti
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0029]11)计算转速为n
i
时的土样基质吸力σ
i
，σ
i
通过公式(9)获得：
[0030][0031]其中，c为离心机中心到土样底部的垂直距离；ρ
w
为水的密度；
[0032]12)依据步骤1)～11)绘制w
i
与σ
i
的污泥土的土水特征曲线。
[0033]本专利技术的另一个方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现根据上述方法的步骤。
[0034]本专利技术的又一个方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据上述方法的步骤。
[0035]本专利技术的再一个方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据上述方法的步骤。
[0036]本专利技术的有益效果在于：建立了离心加速度与单向固结理论之间的关系，提出了预测基质吸力的理论方法，为研究土体力学特性和强度理论提供重要参数；避免量测土体变形量产生的误差及提供了高效预测土体基质吸力的方法。
附图说明
[0037]图1根据本专利技术实施例的一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法的流程图；
[0038]图2根据本专利技术实施例的时间因数T
v
与固结度U
s
的关系图；
[0039]图3根据本专利技术实施例的干密度为1.5的污泥土的土水特征曲线；
[0040]图4根据本专利技术实施例的一种计算机设备的装置结构示意图；
[0041]图5示意性地示出了可以实现根据本专利技术的预测方法的计算机设备；
[0042]图6示意性地示出了实现根据本专利技术的预测方法的计算机程序产品的框图。
具体实施方式
[0043]下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术作进一步的描述。以下描述仅为说明本专利技术的基本原理而并非对其进行限制。
[0044]图1为根据本专利技术实施例的一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法的流程图。如图1所述，本专利技术的一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法，包括以下步骤：
[0045]1)进行多次离心机试验，设置第i次试验的离心机转速n
i
，n
i
>n
i
‑1，并设置第i次试验离心时间t
i
及第i次试验离心加速度a
i
；通过称重计算第i次试验与第i
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固结相似原理的土体基质吸力离心预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)进行多次离心机试验，设置第i次试验的离心机转速n
i
，n
i
>n
i
‑1，并设置第i次试验离心时间t
i
及第i次试验离心加速度a
i
；通过称重计算第i次试验与第i
‑
1次试验的失水量与干土质量的比值，得到第i次试验后的土样的含水率w
i
，直到土样的含水率w
i
满足试验结束条件时，停止离心机试验工作；2)计算土样的压缩系数β
i
，β
i
通过公式(1)获得：β
i
＝ρa
i
L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，ρ为土样密度；L为土样原始高度；3)计算土样的粘滞系数η
i
，η
i
通过公式(2)获得：其中，d为土样的颗粒平均宽度；4)根据公式(2)，计算土样的渗透系数k
i
，k
i
公式(3)获得：5)根据公式(1)、公式(2)、公式(3)，计算土样的竖向渗透固结系数C
vi
，C
vi
通过公式(4)获得：其中，e1为土样的初始孔隙比；γ
w
为水的重度；6)计算时间因数T
vi
，T
vi
通过公式(5)获得：7)计算土样最终沉降量S，S通过公式(6)获得：其中，m为土样总质量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈之祥，于化月，万勇，刘立洋，何星星，陈亿军，薛强，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：