卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型的构建方法技术

一种卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型的构建方法，包括以下步骤：(1)颗粒筛分；(2)系列尺寸样本配制；(3)特征粒径确定；(4)剪切试验；(5)抗剪强度参数确定；(6)关系模型建立：定义K＝[1 d

【技术实现步骤摘要】
卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型的构建方法
本专利技术涉及一种定量化表征卵砾石材料颗粒级配与抗剪强度参数关系模型的构建方法，适用于根据卵砾石材料的特征粒径评估其抗剪强度特性。
技术介绍
卵砾石层是地质历史的产物，在全世界广泛分布，此外，土石坝等人工边坡工程也常使用此类块石颗粒作为填料。卵砾石材料非均匀、非均质、非连续，颗粒间接触形式通常为点接触，工程性质有别于砂土和正常岩体，受颗粒尺寸、形状、强度、颗粒级配等诸多因素影响。因此，对卵砾石材料强度性质的深入研究具有重要的理论意义和工程价值。工程中涉及的块石最大粒径通常为几或几十厘米，即使使用大型试验仪器也无法对原型级配料进行试验。因此，在室内试验中仅能通过一定的缩尺方法构建符合试验设备要求的颗粒级配，测定可测范围内颗粒材料的力学参数与最大粒径的相关变化规律，尝试建立材料颗粒级配特征与强度参数的关系模型。Buff1ngton对天然河床表面卵砾层的内摩擦角进行了试验，指出内摩擦角和临界边界剪应力的概率分布随颗粒尺寸的变化较大，提出卵砾层内摩擦角可表示为中间粒径与分选系数的关系模型。朱晟将颗粒级配的分形维数作为反映堆石料粒度组成特征的参数，建立了材料抗剪强度参数与级配分维的函数关系。上述研究表明，颗粒材料的抗剪强度受颗粒级配影响显著，而颗粒材料通常由多个粒组构成，用某单一指标如中间粒径或级配分维难以准确描述试样的颗粒级配特征，不同颗粒级配的试样可能具有相同的中间粒径值或级配分维值。基于此，本专利技术提出以系列特征粒径描述试样的颗粒级配特征，并建立特征粒径与抗剪强度参数的关系模型。
技术实现思路
为了克服已有技术的卵砾石材料颗粒级配特征描述指标不准确性的不足，本专利技术提供了一种卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型的构建方法，提升描述卵砾石材料颗粒级配特征描述指标的准确性，使用系列特征粒径描述卵砾石材料的颗粒级配特征，可有效地根据材料特征粒径估算其抗剪强度参数。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型的构建方法，包括以下步骤：(1)颗粒筛分：使用筛孔孔径分别为D0，D1，D2，……，Dn(其中D0＞D1＞D2＞……＞Dn)的砂石筛对风干、松散的卵砾石材料进行筛分，得到筛分后的颗粒直径范围分别为D0＞D01≥D1，D1＞D12≥D2，……，Dn-1＞D(n-1)n≥Dn的各粒组颗粒；(2)系列尺寸样本配制：分别配制粒径范围由大到小的样本1，样本2……，样本n-1。其中样本1由D01和D12两种粒组颗粒按一定的重量比例组成；样本2由D12和D23两种粒组颗粒按设定的重量比例组成；以此类推，样本n-1由D(n-2)(n-1)和D(n-1)n两种粒组颗粒按设定的重量比例组成；(3)特征粒径确定：根据系列尺寸样本的颗粒级配组成情况，绘制每个样本的颗粒级配曲线，在颗粒级配曲线上读取质量百分含量分别为60％，50％，30％，10％时对应的颗粒直径d60，d50，d30，d10，以此作为描述各组系列尺寸样本颗粒级配特征的特征粒径；(4)剪切试验：使用大型直剪设备对样本1、样本2……等进行四种不同法向荷载σ1、σ2、σ3、σ4下的直剪试验，获得系列尺寸各组样本四种不同法向荷载下的抗剪强度值τ1、τ2、τ3、τ4；(5)抗剪强度参数确定：将样本的σi与τi代入抗剪强度公式：拟合求解得到对应的抗剪强度参数f，m值，式中f为摩擦系数，m为材料参数，二者具有如下关系：m＝afb+c；(6)关系模型建立：定义K＝[1d10d30d50d60]，为样本特征粒径集，基于最小二乘法对K和摩擦系数f进行回归拟合，得到f＝KAT，其中A＝[α0α10α30α50α60]，αn为特征粒径dn所对应的贡献率，相应的m＝a(KAT)b+c。本专利技术的有益效果主要表现在：使用系列特征粒径描述卵砾石材料的颗粒级配特征，可有效地根据材料特征粒径估算其抗剪强度参数。附图说明图1是筛分后粒组图。图2是样本颗粒级配曲线图。图3是样本法向荷载-抗剪强度拟合曲线图。图4是材料参数m与摩擦系数f拟合曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图4，一种卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型的构建方法，包括以下步骤：(1)颗粒筛分：使用筛孔孔径分别为D0，D1，D2，……，Dn(其中D0＞D1＞D2＞……＞Dn)的砂石筛对风干、松散的卵砾石材料进行筛分，得到筛分后的颗粒直径范围分别为D0＞D01≥D1，D1＞D12≥D2，……，Dn-1＞D(n-1)n≥Dn的各粒组颗粒；(2)系列尺寸样本配制：分别配制粒径范围由大到小的样本1，样本2……，样本n-1。其中样本1由D01和D12两种粒组颗粒按一定的重量比例组成；样本2由D12和D23两种粒组颗粒按设定的重量比例组成；以此类推，样本n-1由D(n-2)(n-1)和D(n-1)n两种粒组颗粒按设定的重量比例组成；(3)特征粒径确定：根据系列尺寸样本的颗粒级配组成情况，绘制每个样本的颗粒级配曲线，在颗粒级配曲线上读取质量百分含量分别为60％，50％，30％，10％时对应的颗粒直径d60，d50，d30，d10，以此作为描述各组系列尺寸样本颗粒级配特征的特征粒径；(4)剪切试验：使用大型直剪设备对样本1、样本2……等进行四种不同法向荷载σ1、σ2、σ3、σ4下的直剪试验，获得系列尺寸各组样本四种不同法向荷载下的抗剪强度值τ1、τ2、τ3、τ4；(5)抗剪强度参数确定：将样本的σi与τi代入抗剪强度公式：拟合求解得到对应的抗剪强度参数f，m值，式中f为摩擦系数，m为材料参数，二者具有如下关系：m＝afb+c；(6)关系模型建立：定义K＝[1d10d30d50d60]，为样本特征粒径集，基于最小二乘法对K和摩擦系数f进行回归拟合，得到f＝KAT，其中A＝[α0α10α30α50α60]，αn为特征粒径dn所对应的贡献率，相应的m＝a(KAT)b+c。本实施例的卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型，由以下步骤获得：1)将卵砾石颗粒烘干，依次过D0＝60mm，D1＝40mm，D2＝20mm，D3＝10mm，D4＝5mm的砂石筛进行颗粒筛分，得到颗粒直径范围分别为60mm＞D01≥40mm，40mm＞D12≥20mm，20mm＞D12≥10mm，10mm＞D23≥5mm的各粒组颗粒，如图1所示。2)分别配制样本1，样本2，样本3：其中样本1由D01和D12两种粒组颗粒按一定重量比例组成；样本2由40～20mm和20～10mm两种粒组颗粒按一定重量比例组成；以此类推，样本3由20～10mm和10～5mm两种粒组颗粒按一定重量比例组成。由此配制得到3组粒径范围，9个颗粒级配的卵砾石样本，各粒组质量百分含量如表1所示：表13)根据颗粒级配表绘制图2所示的颗粒级配曲线，质量百分含量分别为60％，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)颗粒筛分：使用筛孔孔径分别为D

【技术特征摘要】
1.一种卵砾石材料特征粒径与抗剪强度参数关系模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)颗粒筛分：使用筛孔孔径分别为D0，D1，D2，……，Dn的砂石筛对风干、松散的卵砾石材料进行筛分，其中D0＞D1＞D2＞……＞Dn，得到筛分后的颗粒直径范围分别为D0＞D01≥D1，D1＞D12≥D2，……，Dn-1＞D(n-1)n≥Dn的各粒组颗粒；
(2)系列尺寸样本配制：分别配制粒径范围由大到小的样本1，样本2……，样本n-1。其中样本1由D01和D12两种粒组颗粒按一定的重量比例组成；样本2由D12和D23两种粒组颗粒按设定的重量比例组成；以此类推，样本n-1由D(n-2)(n-1)和D(n-1)n两种粒组颗粒按设定的重量比例组成；
(3)特征粒径确定：根据系列尺寸样本的颗粒级配组成情况，绘制每个样本的颗粒级配曲线，在颗粒级配曲线上...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄曼，张丹瑜，寿平山，朱智勇，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33