静止侧压力系数取值的试验方法

1.本发明属于岩土工程领域，涉及一种静止侧压力系数取值的试验方法。


背景技术：

2.在填方工程中，填筑施工前填方材料处于“存置”状态，存置越久时经历的降雨与暴晒次数越多，这会导致填方材料物理力学性质发生变化，增大填筑后的沉降值，进而影响填方体的变形以及整体稳定性；在填筑完毕后，填方材料同样会经历多次暴晒与暴雨，情况严重时同样会导致填方体产生变形并影响整体稳定性。
3.而目前在借助传统静止侧压力系数对填方材料的静止侧压力进行计算时，并未考虑干湿循环与加载先后顺序对计算结果的影响，这与实际情况不符，造成计算结果与现场实际情况有偏差，无法准确通过前期计算对填方体的变形和整体稳定性进行预估。
4.因此，获得符合实际的填方材料静止侧压力值，是亟待解决的工程技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种静止侧压力系数取值的试验方法，综合考虑干湿循环与加载顺序对静止侧压力系数的影响，以提高静止侧压力系数取值的准确性及便捷性。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.(1)制备静止侧压力系数试验所需的试样；
9.(2)采用试验仪器分别进行“先干湿循环后加载”和“先加载后干湿循环”两种试验，得到试验结果(一)和试验结果(二)；
10.(3)将所述试验结果(一)进行相关性拟合，得到经过n1次干湿循环时“先干湿循环后加载”试验的静止侧压力系数将所述试验结果(二)进行相关性拟合，得到结果n2次干湿循环时“先加载后干湿循环”试验的静止侧压力系数和拟合参数a和b：
[0011][0012][0013][0014][0015]
式中：n1、n2、n均为干湿循环次数；σ1为加载时的轴向压力，单位kpa；pa为标准大气压，单位kpa；
[0016]
(4)根据上述(2)、(3)、(4)的公式，可以得到
[0017][0018]
式中：σ为加载时的轴向压力，单位kpa；
[0019]
(5)“先干湿循环后加载”试验所得系数比“先加载后干湿”试验所得系数大，将公式(1)与公式(5)作差可得经过n3次干湿循环后两种试验方法所得静止侧压力系数的差值
[0020][0021]
式中：n3为干湿循环次数；
[0022]
(6)将上述步骤(6)中公式中常数分别采用m、n、α、β字母进行表示，即可得到
[0023][0024]
式中：m、n、α、β均为模型参数，可通过试验拟合得到。
[0025]
可选的，“先干湿循环后加载”的试验步骤：制样
→
干湿处理
→
称重
→
组装
→
加载，其中“干湿处理”包括“浸泡
→
烘干”，步骤“干湿处理”进行至少两次。
[0026]
可选的，“先加载后进行干湿循环”的试验步骤：制样
→
加载
→
干湿处理
→
称重
→
组装
→
加载，其中“干湿处理”包括“浸泡
→
烘干”，步骤“干湿处理”进行至少两次。
[0027]
可选的，试验原料采用弱风化砂岩和泥岩。
[0028]
可选的，砂泥岩配合比确定为：砂岩：泥岩＝7：3、砂岩：泥岩＝5：5、砂岩：泥岩＝3：7三种配合比。
[0029]
可选的，通过对试验干密度和含水率进行设计，从而控制压缩实验的压实状态。
[0030]
可选的，所述试验仪器采用单联式静止侧压力系数仪器，该试验仪器由轴向加荷系统、压力室顶部进出气管道、压力室圆筒、压力室顶部进水管道、顶盖、试样加载板、试样顶部透水石、试样放置室、环形透水石、水压力传感系统、土压力传感系统、透水石底侧进出水管道、陶土板气压力控制调节管道、陶土板底侧进出水管道、底座、承载台、陶土板组成，试样放置在压力室圆筒的试样放置室内进行试验，通过打开或关闭各管道的阀门来控制压力室与外界的水、气排放输入和输出。
[0031]
可选的，所述试验的干湿循环次数在10次以内，加载时的轴向压力在1200kpa以内。
[0032]
本发明的有益效果在于：
[0033]
(1)该发明建立考虑干湿循环与加载顺序的静止侧压力系数试验方法，更贴近实际填土施工过程中土体的实际情况，获得符合实际的砂泥岩混合料静止侧压力值，以更加准确地确定填土方的变形、估算地基沉降、确定填土方的整体稳定性和耐压强度，进而判断填土体周边挡墙的水平力，防止土体的不均匀沉降。
[0034]
(2)该方法通过多次不同轴向压力加载试验及函数拟合得到最终的拟合公式，可减少后续再次进行试验及函数拟合的步骤，更加快速地得到准确的静止侧压力系数取值，
提高工作效率。
[0035]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0036]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0037]
图1为两种试验方法不同干湿循环次数下的静止侧压力系数曲线；
[0038]
图2为单联式干湿循环静止侧压力系数仪器示意图。
[0039]
附图标记：
[0040]
1传力系统，2压力室顶部进出气管道，3压力室圆筒，4压力室顶部进水管道，5顶盖，6试样加载板，7试样顶部透水石，8试样放置室，9环形透水石，10水压力传感系统，11土压力传感系统，12透水石底侧进出水管道，13陶土板气压力控制调节管道，14陶土板底侧进出水管道，15底座，16承载台，17陶土板。
具体实施方式
[0041]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0042]
其中，附图及附图中的尺寸、角度等仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0043]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0044]
请参阅图1～图2，本发明为一种静止侧压力系数取值的试验方法，采用单联式静止侧压力系数仪器，分别进行“先干湿循环后加载”与“先加载后干湿循环”两种试验加载方式。“先干湿循环后加载”的试验步骤：制样
→
干湿处理
→
称重
→
组装
→
加载，其中“干湿处理”包括“浸泡
→
烘干”，步骤“干湿处理”进行至少两次；“先加载后干湿循环”的试验步骤：制样
→
加载
→
干湿处理
→
称重
→
组装
→
加载，其中“干湿处理”包括“浸泡
→
烘干”，步骤“干
湿处理”进行至少两次。具体包括以下步骤：
[0045]
第一步，试验土料制备：采用弱风化砂岩和泥岩，砂岩表面未有明显裂纹，呈现浅灰色，泥岩为紫红色，有明显的棱角。
[0046]
第二步，确定砂泥岩的配合比，本发明的一些实施例分别采用:砂岩：泥岩＝7：3、砂岩：泥岩＝5：5、砂岩：泥岩＝3：7三种配合比(可根据现场土体情况采用与之相符的砂泥岩配合比)。
[0047]
第三步，对试验干密度和含水率进行设计，从而控制压缩实验的压实状态。
[0048]
第四步，采用单联式静止侧压力系数仪器，进行“先干湿循环后加载”的试验加载方式：
[0049]
(1)采用浸泡—烘干试验方法，浸水时间为2h，烘干1h，此时含水率大致为最优含水率，一次干湿循环周期为3h左右，此处步骤“浸泡
→
烘干”进行至少两次；
[0050]
(2)称量重量。分别对试样、压力室圆筒3、两块透水石、两张滤纸测量重量；
[0051]
(3)试样组装。将试样放入压力室圆筒3的试样放置室8内，压力室圆筒3的顶部与底部放入分别两张滤纸，滤纸的顶部和底部分别放入透水石，并在与压力室圆筒3接触的部分涂抹少许凡士林；
[0052]
(4)注水浸泡。注入漫过压力室圆筒3的5cm水量，进行泡水饱和，得出在室温为25℃的水温以及上述水深的环境下，泡水2h相应的含水率达到14.06％，饱和度达到95％左右；
[0053]
(5)烘干。在温度为105℃下烘干1h左右，其含水率降至10％左右，与制样时含水率相符；
[0054]
(6)加载。根据现场情况选择适宜的轴向压力进行加载；
[0055]
(7)根据仪器得到试验数据，根据实验数据得到“先干湿循环后加载”的试验加载方式下的静止侧压力系数曲线。
[0056]
第五步，采用单联式静止侧压力系数仪器，进行“先加载后干湿循环”的试验加载方式：首先，进行试样加载，将试样放置在在压力室圆筒3的试样放置室8内，根据现场情况选择适宜的轴向压力进行加载；然后，依次进行浸泡、烘干、称重、组装：采用“1m水头”饱水方法，注水2h，通入40℃、10kpa氮气进行排水疏干，通气时间为1.75h，此时含水率大致为最优含水率，一次干湿循环周期在3.75h左右，此处步骤“浸泡
→
烘干”进行至少两次，本发明的一些实施例中干湿循环次数为10次以内，再进行称重、组装，该步骤参照第四步“先干湿循环后加载”的试验加载方式步骤进行；其次，再次进行轴向压力的加载，轴向压力的大小为1200kpa以内；最后，根据仪器得到试验数据，根据试验数据得到“先干湿循环后加载”的试验加载方式下的静止侧压力系数曲线。
[0057]
第六步，对上述试验中所得的试验数据进行相关性拟合，分别得到经过n1次干湿循环时“先干湿循环后加载”试验的静止侧压力系数和经过n2次干湿循环时“先加载后干湿循环”试验的静止侧压力系数以及拟合参数a和b，如以下公式：
[0058][0059]
[0060][0061][0062]
式中：n1、n2、n均为干湿循环次数；σ1为加载时的轴向压力，单位kpa；pa为标准大气压，单位kpa；
[0063]
第七步，根据上述(2)、(3)、(4)的公式，可以得到
[0064][0065]
式中：σ为加载时的轴向压力，单位kpa；
[0066]
第八步，因“先干湿循环后加载”试验所得系数比“先加载后干湿”试验所得系数大，所以将公式(1)与公式(5)作差可得经过n3次干湿循环后两种试验方法所得静止侧压力系数的差值
[0067][0068]
式中：n3为干湿循环次数；
[0069]
第九步，将上述步骤(6)中公式中常数分别采用m、n、α、β字母进行表示，即可得到
[0070][0071]
式中：m、n、α、β均为模型参数，可通过试验拟合得到。
[0072]
在本发明的一些实施例中，试验仪器为单联式静止侧压力系数仪器，包括轴向加荷系统、压力室和承载台16；
[0073]
所述压力室包括压力室圆筒3以及设置在其两端的顶盖5和底座15，所述压力室圆筒3、所述顶盖5和所述底座15相结合处具有气密性；
[0074]
所述轴向加荷系统包括传力装置1、试样加载板6和试样顶部透水石7，所述传力装置1穿过所述顶盖5与所述试样加载板6相接触，所述试样顶部透水石7设置在所述试样加载板6与试样之间，所述轴向加荷系统活动放置于所述压力室圆筒3内，所述试样顶部透水石7与所述压力室圆筒3内壁形成试样放置室8；
[0075]
所述压力室外壁两侧分别设置有土压力传感系统11和水压力传感系统10；所述承载台16设置在所述底座15远离所述压力室圆筒3的一端；
[0076]
所述底座15的上方设置陶土板17和环形透水石9，所述陶土板17为圆盘状，安放在所述环形透水石9中央，所述环形透水石9环绕所述陶土板17，所述陶土板17与环形透水石9之间是既不透水也不透气的隔离带；
[0077]
所述底座15内部设置有透水石底侧进出水管道12、陶土板底侧进出水管道14和陶
土板气压力控制调节管道13，所述透水石底侧进出水管道12穿过所述底座15与所述环形透水石9相连，所述陶土板底侧进出水管道14和所述陶土板气压力控制调节管道13分别穿过所述底座15与所述陶土板17相连；所述顶盖5内部设置有压力室顶部进出气管道2和压力室顶部进水管道4，所述压力室顶部进水管道4穿过所述试样加载板6后，与所述试样顶部透水石7相接触。
[0078]
试验时，试样放置在试样放置室8内、陶土板17和环形透水石9上进行试验，试样与试样加载板6中间设置有试样顶部透水石7。分别通过打开或关闭压力室顶部进出气管道2、压力室顶部进水管道4、透水石底侧进出水管道12、陶土板气压力控制调节管道13和陶土板底侧进出水管道14的阀门来控制压力室与外界的水、气排放输入和输出。然后分别通过土压力传感系统11和水压力传感系统10将土压力数据和水压力数据进行传导。
[0079]
在试验过程中，疏干步骤是向试样的顶端施加具有压力的气体；气体从试样的顶端缓慢向试样的底端渗透，以驱动试样内部的重力水自上而下渗透并从试样底端排出；在本步骤的过程中，试样顶端仅进气、不排气、不进水、不排水，试样底端仅排水、不进水、不进气、不排气。
[0080]
注水步骤是从试样的底端向试样施加具有压力的无气水，或同时从试样的底端和顶端向试样施加具有压力的无气水；无气水在试样内渗透的过程中，试样内部的气体从试样顶端排出；在本步骤的过程中，试样顶端排气、不排水、不进气，试样顶端进水或不进水，试样底端仅进水、不排水、不进气、不排气。
[0081]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：s1制备试样；s2对步骤s1中制备的所述试样分别通过试验仪器进行“试验一”、“试验二”以测试取得试样的静止侧压力系数，所述“试验一”获得“结果一”，所述“试验二”获得“结果二”；s3对步骤s2中获得的所述“结果一”、所述“结果二”分别进行函数拟合，分别得到“试验一”中的静止侧压力系数“试验二”中的静止侧压力系数与干湿循环次数n、加载时的轴向压力σ、标准大气压pa的函数关系；s4对步骤s3中所述的两个静止侧压力系数作差，得到静止侧压力系数差值与干湿循环次数n、加载时的轴向压力σ、标准大气压pa的函数关系。2.根据权利要求1中所述的静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，所述“试验一”包括以下步骤：制样
→
干湿处理
→
称重
→
组装
→
加载，其中“干湿处理”包括“浸泡
→
烘干”，步骤“干湿处理”进行至少两次。3.根据权利要求1中所述的静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，所述“试验二”包括以下步骤：制样
→
加载
→
干湿处理
→
称重
→
组装
→
加载，其中“干湿处理”包括“浸泡
→
烘干”，步骤“干湿处理”进行至少两次。4.根据权利要求1中所述的静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，所述步骤s3中所述函数关系采用如下公式进行拟合：其中系数a、b均为模型参数，通过试验结果进行函数拟合得到。5.根据权利要求4中所述的静止侧压力系数取值的试验方法,其特征在于，对所述函数中系数a、b进行函数拟合。6.根据权利要求5中所述的静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，采用如下公式对所述系数a、b分别进行拟合：式对所述系数a、b分别进行拟合：其中系数c、d、e、f均为模型参数，通过试验结果进行函数拟合得到。7.根据权利要求1所述的静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述静止侧压力系数差值与干湿循环次数n、加载时的轴向压力σ、标准大气压pa的函数关系具体如下：其中系数m、n、α、β均为模型参数，通过试验结果进行函数拟合得到。8.根据权利要求1所述的静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，在所述步骤s1中制备试样采用的试验原料为弱风化砂岩和泥岩。9.根据权利要求8所述的静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，所述试验原料
的配合比为：“弱风化砂岩：泥岩＝7：3”或弱风化砂岩：泥岩＝5：5”或“弱风化砂岩：泥岩＝3：7”。10.根据权利要求1所述的静止侧压力系数取值的试验方法，其特征在于，所述试验仪器为单联式静止侧压力系数仪器，包括轴向加荷系统、压力室和承载台(16)；所述压力室包括压力室圆筒(3)以及设置在其两端的顶盖(5)和底座(15)，所述压力室圆筒(3)、所述顶盖(5)和所述底座(15)相结合处具有气密性；所述轴向加荷系统包括传力装置(1)、试样加载板(6)和试样顶部透水石(7)，所述传力装置(1)穿过所述顶盖(5)与所述试样加载板(6)相接触，所述试样顶部透水石(7)设置在所述试样加载板(6)与试样之间，所述轴向加荷系统活动放置于所述压力室圆筒(3)内，所述试样顶部透水石(7)与所述压力室圆筒(3)内壁形成试样放置室(8)；所述压力室外壁两侧分别设置有土压力传感系统(11)和水压力传感系统(10)；所述承载台(16)设置在所述底座(15)远离所述压力室圆筒(3)的一端；所述底座(15)的上方设置陶土板(17)和环形透水石(9)，所述陶土板(17)为圆盘状，设置在所述环形透水石(9)中央，所述环形透水石(9)环绕所述陶土板(17)，所述陶土板(17)与环形透水石(9)之间是既不透水也不透气的隔离带；所述底座(15)内部设置有透水石底侧进出水管道(12)、陶土板底侧进出水管道(14)和陶土板气压力控制调节管道(13)，所述透水石底侧进出水管道(12)穿过所述底座(15)与所述环形透水石(9)相连，所述陶土板底侧进出水管道(14)和所述陶土板气压力控制调节管道(13)分别穿过所述底座(15)与所述陶土板(17)相连；所述顶盖(5)内部设置有压力室顶部进出气管道(2)和压力室顶部进水管道(4)，所述压力室顶部进水管道(4)穿过所述试样加载板(6)后，与所述试样顶部透水石(7)相接触。

技术总结
本发明涉及一种静止侧压力系数取值的试验方法，属于岩土工程领域。依次包括以下步骤：制备试样、通过试验仪器对试样进行试验、得到试验结果、将试验结果进行函数拟合、最终得到静止侧压力系数取值的相关计算公式；所述试验分为“先干湿循环后加载”与“先加载后干湿循环”两种试验加载方式，所述计算公式为静止侧压力系数与干湿循环次数N、加载时的轴向压力σ、标准大气压Pa的函数关系。本发明综合考虑干湿循环与加载顺序对静止侧压力系数的影响，以提高静止侧压力系数取值的准确性及便捷性。以提高静止侧压力系数取值的准确性及便捷性。以提高静止侧压力系数取值的准确性及便捷性。


技术研发人员：张晓阳 宋少贤 黄杰 曾榕彬 安萌 李辉 王俊杰
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/10/5