一种纤维与土界面强度参数确定方法技术

本发明专利技术公开了一种抗剪强度参数确定方法，特别是一种纤维与土界面强度参数确定方法，其基于能量耗散原理采用直剪试验确定纤维土界面强度参数。本发明专利技术具备方法简单、高效等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维与土界面强度参数确定方法
本专利技术涉及一种抗剪强度参数确定方法，特别是一种纤维与土界面强度参数确定方法。
技术介绍
为了解决现有纤维土界面强度参数确定方法的不足，主要体现在不方便，低效，本专利技术基于能量耗散原理采用直剪试验确定纤维土界面强度参数。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种纤维与土界面强度参数确定方法。为了实现上述目的，本专利技术所设计的一种纤维与土界面强度参数确定方法，其通过能量耗散原理采用直剪试验确定纤维土界面强度参数。纤维土的直剪能量耗散Wfs为基质土直剪能量耗散Ws与纤维与土界面破坏能量耗散Wf之和。Wfs＝Ws+Wf(1)所述基质土直剪能量耗散Ws可通过直剪试验获得其F-s曲线，然后采用BP神经网络算法进行曲线拟合，其网络结构通常为1个输入层节点，2个隐含层节点和1个输出层节点，隐含层和输出层传递函数分别为f(v)＝v(3)特别地，在采用BP神经网络进行曲线拟合时，以直剪试验获得的剪切位移s为输入变量，剪力F为输出变量。为保证拟合精度，需要对输入变量和输出变量进行归一化处理。经过拟合可得到F-s的拟合函数为式中：根据可计算得到土体剪切能量耗散Ws，其中smax＝4mm。纤维与土界面强度可表示为式中：lf为纤维长度，df为纤维直径，asf、δsf为纤维与土界面强度参数。制作纤维土试样，同样进行直剪试验，获得F-s曲线，按照(2)～(5)得到纤维土的能量耗散Wfs。不同倾角的纤维在土中的体积密度为式中，θ为纤维与水平方向的夹角，Vf为纤维土试样中纤维的体积，V为纤维土试样体积。在法向应力p作用下，θ方向纤维所受法向应力为取θ方向微元体进行分析，θ方向微元体体积为微元体中纤维的数量为式中fv为单根纤维的体积把(9)、(11)代入(10)可得单根纤维与土界面破坏时的能耗为在微元体中纤维与土界面破坏所需能耗为将(6)、(8)、(12)和(13)代入(14)可得其中，C1与纤维含量，纤维长度lf和纤维直径df有关，C2、C3与法向应力和基质土的内摩擦角有关。由于纤维只能承受拉力，不能承受压力，在直剪试验过程中纤维与土界面破坏总能耗为将(15)代入(16)可得其中，与基质土的内摩擦角有关。联立(1)与(17)代入基质土与纤维土直剪能耗Ws和Wfs，即可求得纤维土界面强度参数asf和δsf。一种纤维与土界面强度参数的确定可按照如下步骤进行：一、按照《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)制作基质土直剪试样，并按照快剪试验方法进行土样直剪试验，获得各级法向应力状态下F-s曲线以及土体的内摩擦角二、采用神经网络算法进行曲线拟合，得到F(s)的函数表达式，神经网络结构为1个输入层节点，2个隐含层节点和1个输出层节点，隐含层和输出层传输函数分别为式(2)和(3)。三、按照式(5)进行定积分计算，获得第i级法向应力作用下土样破坏的能耗Wsi。四、取一定质量的土样，并加入与基质土样相同的含水量进行搅拌2分钟，并静置24小时，然后加入相对干土质量百分比的纤维，进行搅拌5分钟。五、按照步骤一至三，确定纤维土样在第i级法向应力作用下剪切破坏能耗Wfsi。六、根据纤维长度lf、直径df和掺量，计算纤维体积Vf，C1。七、根据法向应力P和土体内摩擦角计算C2，C3和C4。八、第i级法向应力作用下时九、由Wfsi＝Wsi+Wfi，第i级法向应力作用下时yi＝Wfi＝Wfsi-Wsi。十、以不同法向应力下xi为横坐标，yi为纵坐标，将(xi，yi)绘制在坐标系上，采用线性拟合的方式将这些数据点进行拟合，拟合出来方程形式为y＝kx+c，可得出k和c的计算值。十一、根据式(18)和式(19)可计算出纤维与土界面强度参数asf和δsf。δsf＝arctank(19)本专利技术得到的一种纤维与土界面强度参数确定方法，其能够通过能量耗散原理采用直剪试验确定纤维土界面强度参数；其具备方法简单、高效等优点。附图说明图1是在法向应力p作用下，θ方向纤维所受法向应力示意图；图2是θ方向微元体体积计算的示意图；图3是铁尾矿粉F-s拟合曲线的示意图；图4是掺1％聚丙烯纤维铁尾矿粉F-s拟合曲线的示意图；图5是线性拟合结果的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本专利技术提供的一种纤维与土界面强度参数确定方法，其通过能量耗散原理采用直剪试验确定纤维土界面强度参数。纤维土的直剪能量耗散Wfs为基质土直剪能量耗散Ws与纤维与土界面破坏能量耗散Wf之和。Wfs＝Ws+Wf(1)所述基质土直剪能量耗散Ws可通过直剪试验获得其F-s曲线，然后采用BP神经网络算法进行曲线拟合，其网络结构通常为1个输入层节点，2个隐含层节点和1个输出层节点，隐含层和输出层传递函数分别为f(v)＝v(3)特别地，在采用BP神经网络进行曲线拟合时，以直剪试验获得的剪切位移s为输入变量，剪力F为输出变量。为保证拟合精度，需要对输入变量和输出变量进行归一化处理。经过拟合可得到F-s的拟合函数为式中：根据可计算得到土体剪切能量耗散Ws，其中smax＝4mm。纤维与土界面强度可表示为式中：lf为纤维长度，df为纤维直径，asf、δsf为纤维与土界面强度参数。制作纤维土试样，同样进行直剪试验，获得F-s曲线，按照(2)～(5)得到纤维土的能量耗散Wfs。纤维在土中的体积密度为式中，θ为纤维与水平方向的夹角，Vf为纤维土试样中纤维的体积，V为纤维土试样体积。如图1，在法向应力p作用下，θ方向纤维所受法向应力为如图2，取θ方向微元体进行分析，θ方向微元体体积为微元体中纤维的数量为式中fv为单根纤维的体积把(9)、(11)代入(10)可得单根纤维与土界面破坏时的能耗为在微元体中纤维与土界面破坏所需能耗为将(6)、(8)、(12)和(13)代入(14)可得其中，C1与纤维含量，纤维长度lf和纤维直径df有关，C2、C3与法向应力和基质土的内摩擦角有关。由于纤维只能承受拉力，不能承受压力，在直剪试验过程中纤维与土界面破坏总能耗为将(15)代入(16)可得其中，与基质土的内摩擦角有关。联立(1)与(17)代入基质土与纤维土直剪能耗Ws和Wfs，即可求得纤维土界面强度参数asf和δsf。一种纤维与土界面强度参数的确定可按照如下步骤进行：一、按照《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)制作基质土直剪试样，并按照快剪试验方法进行土样直剪试验，法向应力分别为100kPa、200kPa、300kPa和400kPa，获得各级法向应力状态下F-s曲线以及土体的内摩擦角二、采用神经网络算法进行曲线拟合，得到F(s)的函数表达式，神经网络结构为1个输入层节点，2个隐含层节点和1个输出层节点，隐含层和输出层传输函数分别为式(2)和(3)。三、按照式(5)进行定积分计算，获得第i级法向应力作用下土样破坏的能耗Wsi。四、取一定质量的土样，并加入与基质土样相同的含水量进行搅拌2分钟，并静置24小时，然后加入相对干土质量百分比的纤维，进行搅拌5分钟。五、按照步骤一至三，确定纤维土样在第i级法向应力作用下剪切破坏能耗Wfsi。六、根据纤维长度lf、直径df和掺量，计算纤维体积Vf，C1。七、根据法向应力P和土体内摩擦角计算C2，C3和C4。八、第i级法向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维与土界面强度参数确定方法，其特征在于：通过能量耗散原理采用直剪试验确定纤维土界面强度参数；纤维土的直剪能量耗散Wfs为基质土直剪能量耗散Ws与纤维与土界面破坏能量耗散Wf之和；Wfs＝Ws+Wf  (1)所述基质土直剪能量耗散Ws可通过直剪试验获得其F‑s曲线，然后采用BP神经网络算法进行曲线拟合，其网络结构通常为1个输入层节点，2个隐含层节点和1个输出层节点，隐含层和输出层传递函数分别为

【技术特征摘要】
1.一种纤维与土界面强度参数确定方法，其特征在于：通过能量耗散原理采用直剪试验确定纤维土界面强度参数；纤维土的直剪能量耗散Wfs为基质土直剪能量耗散Ws与纤维与土界面破坏能量耗散Wf之和；Wfs＝Ws+Wf(1)所述基质土直剪能量耗散Ws可通过直剪试验获得其F-s曲线，然后采用BP神经网络算法进行曲线拟合，其网络结构通常为1个输入层节点，2个隐含层节点和1个输出层节点，隐含层和输出层传递函数分别为f(v)＝v(3)在采用BP神经网络进行曲线拟合时，以直剪试验获得的剪切位移s为输入变量，剪力F为输出变量；为保证拟合精度，需要对输入变量和输出变量进行归一化处理；经过拟合可得到F-s的拟合函数为式中：a3＝b11-ω11，a6＝b12-ω12，根据可计算得到土体剪切能量耗散Ws，其中smax＝4mm；纤维与土界面强度可表示为式中：lf为纤维长度，df为纤维直径，asf、δsf为纤维与土界面强度参数；制作纤维土试样，同样进行直剪试验，获得F-s曲线，按照(2)～(5)得到纤维土的能量耗散Wfs；不同倾角的纤维在土中的体积密度为式中，θ为纤维与水平方向的夹角，Vf为纤维土试样中纤维的体积，V为纤维土试样体积；在法向应力p作用下，θ方向纤维所受法向应力为取θ方向微元体进行分析，θ方向微元体体积为微元体中纤维的数量为式中fv为单根纤维的体积把(9)、(11)代入(10)可得单根纤维与土界面破坏时的能耗为在微元体中纤维与土界面破坏所需能耗为将(6)、(8)、(12)和(13)代入(14)可得其中，C1与纤维含量，纤维长度lf和纤维直径df有关，C2、C3与法向应力和基质土的内摩擦...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋新江，徐海波，姜屏，钱财富，王伟，
申请(专利权)人：安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院，绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34