松散堆积体内摩擦角的确定方法技术

本发明专利技术提供了一种松散堆积体内摩擦角的确定方法，包括：通过现场取样获取松散堆积体的堆积密度；获取所述堆积体的每隔一定堆积高度处的对应的侧向静压力；计算松散堆积体内摩擦角。本发明专利技术通过应用压力传感器测得松散堆积体不同堆积高度的侧压力值，通过正比例拟合，得到侧向静压力除以松散堆积体重度与堆积高度的直线斜率，应用朗肯土压力计算公式反算即可得到松散堆积体的内摩擦角。为此本专利提供了一种松散堆积体内摩擦角的确定方法，填补了松散堆积体的内摩擦角确定方法的空缺，进而为松散堆积体的稳定性判断及工程防护设计提供了理论指导。

Determination of friction angle in loose packing

【技术实现步骤摘要】
松散堆积体内摩擦角的确定方法
本专利技术属于山地灾害防治领域，特别涉及一种松散堆积体的内摩擦角的确定方法。
技术介绍
松散堆积体是一种因地质或人为作用行成的非连续性的岩土介质。通常具有空间力学性能差异明显的特征。近年来，随着城镇化建设等国家战略的推进，越来越多的铁路、桥梁、隧道等基础设施的建设逐步推进，工程建设中产生了的大量的松散堆积体，行成几十上百米高的松散堆积体，一旦失稳，将行成大规模的崩塌、滑坡等地质灾害，对下游的基础设施及居民造成毁灭性打击。根据朗肯土压力计算公式，土体的内摩擦角的选取直接影响土体土压力的计算，从而对工程结构的强度、稳定性及抗倾覆性等产生巨大影响。现有的土体内摩擦角可以通过三轴压缩实验或直剪实验测得，然而对于松散堆积体而言，由于松散堆积体的颗粒组成中存在较大颗粒，使得松散堆积体整体松散，野外取样及室内实验制样均存在较大困难，因此，三轴压缩实验及直剪实验均无法实用，而采用大型的现场剪切实验，同样存在因为土体松散，造成内摩擦角测不准确，以及实验点无法准确确定等困难。上述诸多原因均造成了松散堆积体内摩擦角选择的研究工作进展缓慢，至今国内外对松散堆积体的内摩擦角选取仍然没有较好的方法。国内现行规范也尚未对松散堆积体的内摩擦角的选取做出明确性指导，只给出了某种土的内摩擦角的变化范围，这对松散堆积体的内摩擦角的选取造成了极大困难，内摩擦角相差不大，但对于土压力的计算结果造成较大的偏差，因此内摩擦角的选取直接影响了松散堆积体的稳定性判断，及松散堆积体的工程防护设计的可靠性。为此，松散堆积体的内摩擦角的研究工作具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术提供了一种松散堆积体内摩擦角的确定方法，以解决至少一个上述技术问题。为解决上述问题，作为本专利技术的一个方面，提供了一种松散堆积体内摩擦角的确定方法，包括：通过现场取样获取松散堆积体的堆积密度ρ；获取所述堆积体的每隔预定高度hi处的侧向静压力Pi；根据下述公式计算松散堆积体内摩擦角：其中，φ为内摩擦角，K为hi与Pi/(ρg)的散点图，采用正比例拟合而得到拟合直线斜率，g为重力加速度。优选地，所述侧向静压力通过设于所述预定高度处的压力传感器测得。优选地，所述堆积密度按照《土工试验规范》的要求测得。在松散堆积体的土压力确定过程中，松散堆积体的准确获取至关重要，而现有的规范、研究尚未给出松散堆积体的内摩擦角的确定方法。本专利技术通过应用压力传感器测得松散堆积体不同堆积高度的侧压力值，通过正比例拟合，得到侧向静压力除以松散堆积体重度与堆积高度的直线斜率，应用朗肯土压力计算公式反算，即可得到松散堆积体的内摩擦角。为此本专利提供了一种松散堆积体内摩擦角的确定方法，填补了松散堆积体的内摩擦角确定方法的空缺，进而为松散堆积体的稳定性判断及工程防护设计提供了指导。附图说明图1示意性地示出了样品1侧向静压力P与堆积高度h关系图；图2示意性地示出了样品2侧向静压力P与堆积高度h关系图；图3示意性地示出了样品1向静压力与重度比值P/(ρg)与堆积高度h关系图及正比例拟合直线图；图4示意性地示出了样品2向静压力与重度比值P/(ρg)与堆积高度h关系图及正比例拟合直线图。具体实施方式以下对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本专利技术目的是提出一个松散堆积体的内摩擦角的计算方法，其通过结合室内实验数据和朗肯土压力计算模型确定内摩擦角φ(单位゜)的计算方法，包括以下步骤：A、通过现场取样，按照《土工试验规范》的要求测得样品堆积密度ρ(单位：kg/m3)。B、样品堆积一定高度时，每隔一定高度应用压力传感器测定不同高度hi(单位：m)对应的侧向静压力Pi(单位：kPa)，并计算Pi/(ρg)。Pi/(ρg)中g为重力加速度，单位m/s2，本专利取9.8m/s2。C、绘制建立hi与Pi/(ρg)的散点图，采用正比例拟合，得到拟合直线斜率K。D、根据朗肯土压力计算公式，土体主动土压力可通过下式(1)计算得到：P＝ρghtan2(45゜-φ/2)(1)式(1)变形后得到：P/(ρg)＝htan2(45゜-φ/2)(2)根据步骤C中拟合得到的直线斜率K，故P/(ρg)与高度h的正比例关系为：P/(ρg)＝Kh(3)综合式(2)、(3)可以得到K＝tan2(45゜-φ/2)(4)根据式(4)反算得到松散堆积体内摩擦角φ为：实施例：G318巴塘县境内(下文称样品1)及G317沙马乡境内(下文称样品2)2处崩塌松散堆积体，分别取样并测得样品的堆积密度如表1所示。表1崩塌松散堆积体的颗粒组成及堆积密度将样品分别进行侧压实验，得到每隔1.5cm的侧向静压力P及计算得到侧向静压力与重度的比值P/(ρg)与堆积高度h，具体如表2所示。根据表2数据，绘制样品1、2侧向静压力P及静压力与重度比值P/(ρg)与堆积高度h的散点图，并对对散点图采用直线拟合，得到各直线的斜率K，具体如图1、图2及表3所示；利用式(5)，计算得到样品的内摩擦角φ，具体如表3所示。表2样品1、2各高度侧向静压力P及P/(ρg)表3P/(ρg)与h散点图直线拟合斜率表及样品1、2的内摩擦角现阶段对于松散堆积体的力学性质研究较少，现行的规范、文献对该参数的范围均未详细介绍，故本专利技术选取《工程地质手册》中砂土的平均力学指标进行对比，《工程地质手册》中密度为1.9-2.05kg/m3的砂土内摩擦角38°-42°，本专利技术所述方法计算得到的样品1、2的内摩擦角分别为39.02°及37.3°。本文计算结果与《工程地质手册》中约定的范围已知，故本专利技术崩塌、滑坡等行成的松散堆积体内摩擦角确定是可行的。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种松散堆积体内摩擦角的确定方法，其特征在于，包括：/n通过现场取样获取松散堆积体的堆积密度ρ；/n获取所述堆积体的每隔预定高度h

【技术特征摘要】
1.一种松散堆积体内摩擦角的确定方法，其特征在于，包括：
通过现场取样获取松散堆积体的堆积密度ρ；
获取所述堆积体的每隔预定高度hi处的侧向静压力Pi；
根据下述公式计算松散堆积体内摩擦角：



其中，为内摩擦角，K为hi与Pi/(ρg)的散点...

【专利技术属性】
技术研发人员：游勇，刘洋，柳金峰，李新坡，杨开成，赵曙熙，刘道川，谢艳芳，刘林，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51