【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土工程，尤其涉及一种基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法。
技术介绍
1、随着油田的持续发展，勘探开发不断向沙漠纵深推进，沙漠区域兴建的地面工程项目越来越多。由于砂土具有遇水强度降低和产生湿陷沉降变形的特征，风积砂土地基的浸水湿陷问题越来越突出，如何正确评价砂土的湿陷性，对工业与民用建筑的地基治理和质量安全具有重大意义。
2、目前评价砂土湿陷性的方法有：第一、现场载荷试验法；第二、室内湿陷试验法。
3、采用目前评价砂土湿陷性的方法存在以下实际问题：
4、第一种：现场试载荷验法是在现场选择试验场地，开挖试坑，安装载荷试验装置，分级加载，进行注水前后沉降观测，取得相关参数。该方法试验结果真实、准确、可靠，但存在的主要问题是试验过程繁杂、周期长、成本高，需要专业设备和专业技术人员完成，难以在中小型工程中广泛应用。
5、第二种：室内湿陷试验方法是现场采取砂土原状样，在室内利用固结仪，进行天然状态和饱和状态下压缩固结试验，测试计算湿陷系数，评价砂土的湿陷性。该方法试验简单，试验结果仅次于现场载荷试验法，是对第一种方法的高度仿真，但存在的主要问题是现场采取原状砂样、包装运输、制样试样等环节十分困难，成为行业界难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，能够实现在砂土标准贯入试验锤击数、颗粒组成、含水率这些宏观参数已知的情况下，无需消耗大量的时间与成本进行室内或现场湿陷试验，就可以测定砂土的
2、本专利技术所采用的技术方案是，基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，包含如下步骤：
3、s1、进行标准贯入试验、室内土工试验和室内湿陷试验，获取研究区砂土的标准贯入试验锤击数、基本物理特性指标与湿陷特性指标；
4、s2、参照室内湿陷试验规模建立数值模拟模型；
5、s3、依据步骤s1获取的砂土的标准贯入试验锤击数、基本物理特性指标与湿陷特性指标，标定步骤s2建模所需的细观参数；
6、s4、应用步骤s2建立的数值模拟模型与步骤s3标定的细观参数体系，进行室内湿陷数值模拟试验，得到砂土的湿陷量；
7、s5、根据步骤s4得到的湿陷量，计算湿陷系数，进而评价砂土的湿陷性。
8、本专利技术的特征还在于，
9、步骤s1具体按照以下步骤实施：
10、将研究区砂土按照《岩土工程勘察规范》、《土工试验方法标准》、《湿陷性黄土地区建筑规范》进行标准贯入试验、室内土工试验和室内湿陷试验，获取研究区砂土的标准贯入试验锤击数、基本物理特性指标与湿陷特性指标。
11、步骤1中，室内土工试验包括颗粒分析试验、含水率试验；获得的基本物理特性指标包括颗粒组成情况、含水率；湿陷特性指标包括湿陷量、湿陷系数。
12、步骤s2具体按照以下步骤实施：
13、s201、根据实际室内湿陷试验环刀的形状和大小，确定数值试样的墙体的大小与形状；
14、s202、在离散单元法中，对于不考虑黏聚力的砂土的模拟，选择线性接触刚度模型；
15、s203、参照实际室内湿陷试验情况，设置数值试样四周及底面墙体固定不动，仅在顶面墙体施加荷载，并设置仅有顶面墙体能够移动。
16、步骤s3具体按照以下步骤实施：
17、s301、根据步骤s1中颗粒分析试验结果，采用加权平均颗粒生成法确定数值模拟模型中的最大颗粒半径与最小颗粒半径；
18、s302、根据步骤s1标准贯入试验获得的标准贯入试验锤击数，标定数值模拟模型的孔隙率；根据步骤s301采用加权平均颗粒生成法生成颗粒后，用离散元软件中的“测量球”测出数值模拟模型的孔隙率，进而找出宏观参数与细观参数之间的函数关系：
19、n＝f(n)
20、其中，n为标准贯入试验锤击数，n为孔隙率；
21、s303、用含水率标定摩擦系数，选择标准贯入试验锤击数相同、含水率不同的室内湿陷试验结果，用实际湿陷试验获得的湿陷量与湿陷系数作为细观参数标定的依据；根据不同含水率条件下室内湿陷试验结果及标定的细观参数，找出宏观参数与细观参数之间的函数关系：
22、μ＝f(ω)
23、其中，ω为含水率，μ为摩擦系数；
24、s304、用标准贯入试验锤击数标定切向接触刚度与法向接触刚度，选择标准贯入试验锤击数不同、含水率相同的室内湿陷试验结果，用实际湿陷试验获得的湿陷量与湿陷系数作为细观参数标定的依据；根据不同标准贯入试验锤击数条件下室内湿陷试验结果及标定的细观参数，找出宏观参数与细观参数之间的函数关系：
25、kn＝f(n)
26、其中，n标准贯入试验锤击数，kn切向接触刚度。
27、步骤s301中，加权平均颗粒生成法如下：
28、加权平均颗粒半径：r＝∑rimi＝∑wi
29、其中，r为加权平均颗粒半径，ri为平均半径，mi为颗粒含量，wi为加权数；
30、计算得到颗粒的加权平均半径后，固定颗粒的最小半径，即可算出颗粒的最大半径，计算公式如下：
31、
32、其中，ri为平均半径，rmin为最小半径，ratiormax/rmin为最大最小半径比。
33、步骤s4具体按照以下步骤实施：
34、根据步骤s3的参数标定工作在砂土的标准贯入试验锤击数、颗粒组成、含水率已知的情况下，得到数值模拟所需的细观参数值；向pfc程序中输入与宏观物理特性指标对应的细观参数值，运行程序，进行砂土室内湿陷数值模拟试验，获取下沉量，进而计算湿陷量。
35、步骤s5具体按照以下步骤实施：
36、根据步骤s4得到的湿陷量，计算湿陷系数，湿陷系数δs计算公式为：
37、
38、其中，hp为天然含水率条件下，加至200kpa时，数值试样下沉稳定后的高度；h'p为加压至200kpa稳定后的试样，在饱和含水率条件下，附加下沉稳定后的高度；h0为试样的原始高度；
39、然后，依据《湿陷性黄土地区建筑规范》(gb50025-2018)的评价标准，评价砂土的湿陷性。
40、本专利技术的有益效果是：
41、本专利技术方法技术先进、耗时短、费用低、实用性强，可以实现在砂土标准贯入试验锤击数、颗粒组成、含水率这些宏观参数已知的情况下，无需消耗大量的时间与成本进行室内或现场湿陷试验，就可以测定砂土的湿陷量、评价砂土的湿陷性，是一种湿陷性砂土地区工程勘察技术的新手段。
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1.基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤S1具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤1中，室内土工试验包括颗粒分析试验、含水率试验；获得的基本物理特性指标包括颗粒组成情况、含水率；湿陷特性指标包括湿陷量、湿陷系数。
4.根据权利要求3所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤S2具体按照以下步骤实施：
5.根据权利要求3所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤S3具体按照以下步骤实施：
6.根据权利要求5所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤S301中，加权平均颗粒生成法如下：
7.根据权利要求6所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤S4具体按照以下步骤实施：
8.根据权利要求7所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤S5具体按照以下步骤实施：<...
【技术特征摘要】
1.基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤s1具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤1中，室内土工试验包括颗粒分析试验、含水率试验；获得的基本物理特性指标包括颗粒组成情况、含水率；湿陷特性指标包括湿陷量、湿陷系数。
4.根据权利要求3所述的基于离散单元法的砂土湿陷性评价方法，其特征在于，步骤s2...
【专利技术属性】
技术研发人员：张曦，王治军，侯大勇，何军，吴军，耿生明，潘俊义，骆建文，王峰，杨绥院，
申请(专利权)人：长庆工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：
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