一种土样渗透变形特征判别方法技术

本发明专利技术公开了一种土样渗透变形特征判别方法，包括步骤：以土体试样中的粗颗粒体积含量、细颗粒体积含量以及土样孔隙率作为变量，建立等边三角形坐标图；利用粗细颗粒的孔隙率，确定三角坐标图中不同渗透变形特征区域的临界点，并通过连线进行分区；根据粗、细颗粒各自的孔隙率范围，确定不同分区的土样结构特征，用以判断不同分区内土样的渗透变形特征；对于某一土样，根据其孔隙率，粗、细颗粒体积含量的数值，确定该土样在三角坐标图中的具体位置，根据该位置在三角坐标图中所处的分区，判断该土样的渗透变形特征。本发明专利技术能够对土样渗透变形类型特点的预测与判断更加清晰且高效，并且可以分析加卸荷对渗透变形的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种土样渗透变形特征判别方法
本专利技术属于水利工程
，具体涉及一种土样渗透变形特征判别方法。
技术介绍
渗透变形作为一种水工建筑物本身或地基上较为常见的破坏现象，其形式种类主要有流土、管涌、接触冲刷等。不同土样由于其组成颗粒的特征不同，其在渗流作用下发生破坏的形式也各有不同。在工程设计或渗流安全评估中，对土体的渗透变形类型以及渗透变形特征进行准确及时的判断，有着重要的工程意义。目前渗流变形的研究与工程应用中，虽然对渗透变形机理认识有了深入的认识，但渗透变形判别准则还多是只考虑材料情况，现有的破坏准则多是只考虑级配，且多为密实状态，而没有将密实度、加卸荷等条件的影响考虑进去。而实际上，由于工程土样的复杂性，部分土样的密实程度，结构特征等方面均会在应力等外界作用下发生变化，从而影响其渗透变形的特征。因此，在渗透变形特征中加入其对应力等多方面因素反馈的分析与判断，有利于从发展的角度对土样渗透变形特性进行判断与预测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种土样渗透变形特征判别方法，基于渗透变形特征的三角坐标模型，划分出三角坐标中不同区域构成的土样易发生渗透变形的类型与特征，并根据特定土样的结构特征，确定其在三角坐标模型中所处的区域，以判断该土样的渗透变形特征。本专利技术提供了一种土样渗透变形特征判别方法，包括如下步骤：步骤一：以土体试样中的粗颗粒体积含量、细颗粒体积含量以及土样孔隙率作为变量，建立等边三角形坐标图；其中三角形的底边坐标轴表示土样孔隙率，三角形坐标图的左边坐标轴表示土样中粗颗粒体积含量，三角形坐标图的右边坐标轴表示土样中细颗粒体积含量；三个变量的范围均为0-1，且对于三角形坐标图中的任意一点，其对应的土样孔隙率、粗颗粒体积含量和细颗粒体积含量三个变量数值之和为1；步骤二：根据土样粗细两种颗粒的粒径特征，确定粗颗粒试样的最大孔隙率nc,max与最小孔隙率nc,min，确定细颗粒试样的最大孔隙率nf,max与最小孔隙率nf,min；利用四个所述孔隙率，确定三角坐标图中不同渗透变形特征区域的边界值，并通过连线进行分区；步骤三：根据粗细颗粒各自的孔隙率范围，确定不同分区的土样结构特征，用以判断不同分区内土样的渗透变形特征；所述粗颗粒体积含量在1-nc,max到1-nc,min之间，细颗粒体积含量在1-nf,max到1-nf,min之间；步骤四：对于某一土样，根据其孔隙率，粗、细颗粒体积含量的数值，确定该土样在三角坐标图中的具体位置，根据该位置在三角坐标图中所处的分区，判断该种土样的渗透变形特征。进一步地，所述步骤四之后还包括：步骤五：根据加卸荷作用下土样体积变化导致的粗、细颗粒体积含量和土样孔隙率的变化，确定加卸荷过程中及加卸荷后土样在三角坐标图中的新位置及该位置所对应的分区，判断加卸荷对土样渗透变形特征的影响。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：1)本专利技术从材料内部结构方面对不同土样的渗透变形类型进行了分析与预测，将工程中土样的级配特征、密实度、内部结构与其在应力和渗流作用下可能会发生的渗透变形特征对应起来，使得对于土样渗透变形类型特点的预测与判断更加清晰且高效，并且可以分析加卸荷对渗透变形的影响。2)本专利技术仅利用土样的基础级配参数和土样孔隙率进行计算，便可对工程土体的渗透变形类型特征进行定性的分析预测，该方法基于土体内部结构的几何特征以及对渗透变形原理的分析，确定出三角坐标系中不同区域所指代的土样渗透变形类型，具有可靠性与准确性。附图说明图1是本专利技术一实施例中建立的等边三角形坐标图；具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。本实施例提供了一种土样渗透变形特征判别方法，包括如下步骤：步骤一：以土体试样中的粗颗粒体积含量、细颗粒体积含量以及土样孔隙率作为变量，建立等边三角形坐标图(模型)；其中三角形的底边坐标轴表示土样孔隙率，三角形坐标图的左边坐标轴表示土样中粗颗粒体积含量，三角形坐标图的右边坐标轴表示土样中细颗粒体积含量；三个变量的范围均为0-1，且对于三角形坐标图中的任意一点，其对应的土样孔隙率、粗颗粒体积含量和细颗粒体积含量三个变量数值之和为1；步骤二：根据土样粗细两种颗粒的粒径特征，确定粗颗粒试样的最大孔隙率nc,max与最小孔隙率nc,min，确定细颗粒试样的最大孔隙率nf,max与最小孔隙率nf,min；利用四个所述孔隙率，确定三角坐标图中不同渗透变形特征区域的边界值，并通过连线进行分区；步骤三：根据粗细颗粒各自的孔隙率范围，确定不同分区的土样结构特征，用以判断不同分区内土样的渗透变形特征；所述粗颗粒体积含量在1-nc,max到1-nc,min之间，细颗粒体积含量在1-nf,max到1-nf,min之间；步骤四：对于某一土样，根据其孔隙率，粗、细颗粒体积含量的数值，确定该土样在三角坐标图中的具体位置，根据该位置在三角坐标图中所处的分区，判断该种土样的渗透变形特征。在本实施例中，所述步骤四之后还包括：步骤五：根据加卸荷作用下土样体积变化导致的粗、细颗粒体积含量和土样孔隙率的变化，确定加卸荷过程中及加卸荷后土样在三角坐标图中的新位置及该位置所对应的分区，判断加卸荷对土样渗透变形特征的影响。下面对本专利技术作进一步详细说明。参图1所示，在三角坐标模型中，三角形的底边坐标轴表示土样孔隙率，三角坐标图的左边坐标轴表示土样中粗颗粒的体积含量(粗颗粒含量)，三角坐标图的右边坐标轴表示土样中细颗粒的体积含量(细颗粒含量)。三个变量的范围均为0-1，且对于三角坐标模型中的任意一点，其对应的土样孔隙率、粗颗粒体积含量和细颗粒体积含量三个变量数值之和为1。三角坐标图中对应①-⑨共九个区域，不同区域代表的土样在其粗、细颗粒的体积含量，土样孔隙率特征各不相同，其在渗流作用下发生渗透变形的类型与特征也各不相同。渗透变形三角坐标判别标准包括九个不同渗透特征的分区，分别为：②区：细颗粒体积含量大于其最大体积含量，该区域土样不存在；②区：A区域土样孔隙率小于粗颗粒孔隙率最大、细颗粒孔隙率最小的状态，此范围内细颗粒体积含量超过土孔隙率，该区域土样不存在；B区域土样孔隙率小于粗，细颗粒均为最密实堆积的最小孔隙率，该区域土样不存在；③区：粗颗粒体积含量大于其最大体积含量，该区域土样不存在；④区：该区间粗颗粒含量在1-nc,max与1-nc,min之间，同时细颗粒含量介于1-nf,max与1-nf,min之间。该区域的土样会在外界施加应力的情况下，粗细颗粒的堆积结构均会发生变化，其发生渗透变形的临界条件发生变化，故该区域为受应力变形影响显著的管涌区；⑤区：该区间粗颗粒含量在1-nc,max与1-nc,min之间，形成试样骨架，而细颗粒填充于粗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土样渗透变形特征判别方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一：以土体试样中的粗颗粒体积含量、细颗粒体积含量以及土样孔隙率作为变量，建立等边三角形坐标图；其中三角形的底边坐标轴表示土样孔隙率，三角形坐标图的左边坐标轴表示土样中粗颗粒体积含量，三角形坐标图的右边坐标轴表示土样中细颗粒体积含量；三个变量的范围均为0-1，且对于三角形坐标图中的任意一点，其对应的土样孔隙率、粗颗粒体积含量，细颗粒体积含量三个变量数值之和为1；/n步骤二：根据土样粗细两种颗粒的粒径特征，确定粗颗粒试样的最大孔隙率n

【技术特征摘要】
1.一种土样渗透变形特征判别方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：以土体试样中的粗颗粒体积含量、细颗粒体积含量以及土样孔隙率作为变量，建立等边三角形坐标图；其中三角形的底边坐标轴表示土样孔隙率，三角形坐标图的左边坐标轴表示土样中粗颗粒体积含量，三角形坐标图的右边坐标轴表示土样中细颗粒体积含量；三个变量的范围均为0-1，且对于三角形坐标图中的任意一点，其对应的土样孔隙率、粗颗粒体积含量，细颗粒体积含量三个变量数值之和为1；
步骤二：根据土样粗细两种颗粒的粒径特征，确定粗颗粒试样的最大孔隙率nc,max与最小孔隙率nc,min，确定细颗粒试样的最大孔隙率nf,max与最小孔隙率nf,min；利用四个所述孔隙率，确定三角坐标图中不同渗透变形特征区域的边界值，并通过连线进行分区；

【专利技术属性】
技术研发人员：李维朝，温彦锋，邓刚，尚静石，王鹏，仲琦，宋建正，严俊，蔡红，谢定松，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11