不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法技术

本发明专利技术涉及不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法，取钙质砂试样；对钙质砂试样以不同围压进行等向压缩试验，获得等向压缩试验实验参数和等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数；取级配、初始孔隙比相同的钙质砂试样进行等平均有效主应力试验，获得等平均有效主应力试验参数和等平均有效主应力试验下最大偏应力值为1时的破碎参数；绘制钙质砂等相对破碎率面。本发明专利技术各参数均可在室内试验中可靠获取，结果精准，参数具备通用性；大幅降低实验难度、测定时间，拓宽应用条件和应用场景，具有普适性，更契合钙质砂的实际情况；解决了应力路径对颗粒破碎的影响，应力路径对颗粒破碎的影响与颗粒破碎的实际影响因素更符合。素更符合。素更符合。

【技术实现步骤摘要】
不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法


[0001]本专利技术涉及粒状土相对破碎率的确定
，具体地涉及不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法。

技术介绍

[0002]钙质砂是一种具有高孔隙比、低颗粒强度、不规则颗粒形状以及丰富内空隙的粒状土。这类岩土材料在荷载作用下容易发生颗粒破碎现象，而颗粒破碎对钙质砂强度、压缩性以及临界状态均有重要影响。随着海洋经济快速发展，海洋资源开发能力不断提升以及海洋生态环境的保护意识提高，建设在以钙质砂为主要沉积物的岛礁上的海洋工程数目和规模日益增多，钙质砂颗粒破碎现象逐渐引起科研人员的重视。此外，海洋环境和荷载环境恶劣，作为海工建筑物地基的钙质砂的应力路径加载情况复杂，而应力路径对钙质砂的颗粒破碎也有重要影响。因此有必要研究钙质砂在不同应力路径作用下的颗粒破碎程度。
[0003]现有技术常用的颗粒破碎与应力的关系表达式有很多种，常见如Hardin在常应力比路径下建立的应力相关模型：
[0004][0005][0006]其中：n
b
和σ
r
是与粒状土材料相关的常数；σ
b
为破碎应力；p为平均有效主应力；q为偏应力。
[0007]此外，也有研究考虑到剪切应变对颗粒破碎的影响，提出了应力、应变和相对破碎率三者的关系表达式，但是这些研究结论往往是基于常规三轴试验结果获取的。
[0008]现有技术的缺陷在于：
[0009]1.由于应力路径也会影响钙质砂的颗粒破碎特性，但当前对于剪切应变对颗粒破碎的影响和应力路径对钙质砂的颗粒破碎特性的影响这两者之间关系的研究成果还十分有限，从而无法建立能够反映应力、应变、应力路径与颗粒破碎之间关系的函数关系式；
[0010]2.由于现有技术对于钙质砂的相对破碎率确定依赖于具体特定的获得方法，而海洋工程中，钙质砂往往处于复杂的海洋环境和恶劣的加载条件，而采用多种获取路径则将大幅提高实验难度以及相对破碎率的测定时间，从而限制了应用条件和应用场景，不具有普适性；
[0011]3.由于现有技术对于钙质砂的参数获取依赖于具体特定的获得方法，从而使得获取的参数不具备通用性，无法为再次应用提供参考价值；
[0012]4.由于现有技术对于钙质砂的各项参数的测定还依赖于现场采样以及人员操作经验，无法标准化，从而使得最终获得参数精确度不高。

技术实现思路

[0013]本专利技术针对上述问题，提供不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法，其目的在于解决应力路径对颗粒破碎的影响，且进一步使得应力路径对颗粒破碎的影响与颗粒破碎的实际影响因素也更加符合，更加符合工程设计的要求；使得最终结果精准，获取的参数具备通用性；拓宽应用条件和应用场景，具有普适性，契合钙质砂的实际情况。
[0014]为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0015]不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法，包含以下步骤：
[0016]S100.取不少于3份级配相同，且初始孔隙比相同的钙质砂试样；然后逐一对每份所述钙质砂试样以人工预设的不同的围压进行所述等向压缩试验，获得等向压缩试验实验参数和等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数；
[0017]S200.取不少于3份，且与S100中级配相同，且初始孔隙比相同的钙质砂试样进行等平均有效主应力试验，获得等平均有效主应力试验参数和等平均有效主应力试验下最大偏应力值为1时的破碎参数；
[0018]S300.根据所述等向压缩试验实验参数、所述等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数、所述等平均有效主应力试验参数和所述等平均有效主应力试验下最大偏应力值为1时的破碎参数，绘制钙质砂等相对破碎率面；所述钙质砂等相对破碎率面即为本专利技术的最终结果。
[0019]优选地，S100中具体包含以下步骤：
[0020]S110.直接在仪器底座上制备不少于3份级配相同，且初始孔隙比相同的钙质砂试样；
[0021]S120.对S110中制备的每份钙质砂试样进行饱和；
[0022]S130.对每份经过饱和的所述钙质砂试样进行所述等向压缩试验，获取每份所述钙质砂试样在所述等向压缩试验中的体变和平均有效主应力大小值；
[0023]S140.对每份经过所述等向压缩试验的所述钙质砂试样进行试样筛分，获得每份经过所述等向压缩试验的所述钙质砂试样的粒径分布曲线；
[0024]S150.根据所述粒径分布曲线，计算获得等向压缩试验下的相对破碎率；
[0025]S160.绘制等向压缩试验的平均有效主应力
‑
体变关系曲线，然后直接在所述等向压缩试验的平均有效主应力
‑
体变关系曲线中读取不同围压下的平均有效主应力；
[0026]S170.计算获得所述等向压缩试验实验参数和所述等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数。
[0027]优选地，S170中具体包含以下步骤：
[0028]Sa171.以所述等向压缩试验下平均有效主应力为横坐标，以所述等向压缩试验下的相对破碎率为纵坐标，构建直角坐标系；
[0029]Sa172.在Sa171构建的直角坐标系中绘制数据散点；
[0030]Sa173.对Sa172中绘制的数据散点进行拟合计算，获得所述等向压缩试验实验参数和等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数；拟合计算按下式表达：
[0031]B
r,p
＝p
a
/(p
a
+b)
[0032]其中：B
r,p
为所述等向压缩试验下的相对破碎率；p为不同围压下的平均有效主应力；a为所述等向压缩试验实验参数；b为等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参
数。
[0033]优选地，S170中具体包含以下步骤：
[0034]Sc171.采用Hardin等应力比试验条件下颗粒破碎计算公式，计算获得所述等向压缩试验实验参数，计算过程按下式表达：
[0035][0036]其中：a为所述等向压缩试验实验参数；h
s
为粒状土的强度相关参数，对同一级配的粒状土为常数，由人工预设；n
s
为颗粒形状系数，由人工根据颗粒的形状预设，具体对尖角状颗粒取值为25，对半棱角状颗粒取值为20，对椭圆形颗粒取值为17，对圆形颗粒取值为15；e0为试样制备的初始孔隙比，由人工预设；
[0037]Sc172.采用Hardin等应力比试验条件下颗粒破碎计算公式，计算获得所述等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数，计算过程按下式表达：
[0038][0039]其中：b为等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数；ξ为材料系数，对同一级配的粒状土为常数，由人工预设；pa为标准大气压强，为常数，由人工预设。
[0040]优选地，S200中具体包含以下步骤：
[0041]S210.直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法，其特征在于：包含以下步骤：S100.取不少于3份级配相同，且初始孔隙比相同的钙质砂试样；然后逐一对每份所述钙质砂试样以人工预设的不同的围压进行所述等向压缩试验，获得等向压缩试验实验参数和等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数；S200.取不少于3份，且与S100中级配相同，且初始孔隙比相同的钙质砂试样进行等平均有效主应力试验，获得等平均有效主应力试验参数和等平均有效主应力试验下最大偏应力值为1时的破碎参数；S300.根据所述等向压缩试验实验参数、所述等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数、所述等平均有效主应力试验参数和所述等平均有效主应力试验下最大偏应力值为1时的破碎参数，绘制钙质砂等相对破碎率面；所述钙质砂等相对破碎率面即为本发明的最终结果。2.根据权利要求1所述的不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法，其特征在于：S100中具体包含以下步骤：S110.直接在仪器底座上制备不少于3份级配相同，且初始孔隙比相同的钙质砂试样；S120.对S110中制备的每份钙质砂试样进行饱和；S130.对每份经过饱和的所述钙质砂试样进行所述等向压缩试验，获取每份所述钙质砂试样在所述等向压缩试验中的体变和平均有效主应力大小值；S140.对每份经过所述等向压缩试验的所述钙质砂试样进行试样筛分，获得每份经过所述等向压缩试验的所述钙质砂试样的粒径分布曲线；S150.根据所述粒径分布曲线，计算获得等向压缩试验下的相对破碎率；S160.绘制等向压缩试验的平均有效主应力
‑
体变关系曲线，然后直接在所述等向压缩试验的平均有效主应力
‑
体变关系曲线中读取不同围压下的平均有效主应力；S170.计算获得所述等向压缩试验实验参数和所述等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数。3.根据权利要求2所述的不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法，其特征在于：S170中具体包含以下步骤：Sa171.以所述等向压缩试验下平均有效主应力为横坐标，以所述等向压缩试验下的相对破碎率为纵坐标，构建直角坐标系；Sa172.在Sa171构建的直角坐标系中绘制数据散点；Sa173.对Sa172中绘制的数据散点进行拟合计算，获得所述等向压缩试验实验参数和等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数；拟合计算按下式表达：B
r,p
＝p
a
/(p
a
+b)其中：B
r,p
为所述等向压缩试验下的相对破碎率；p为不同围压下的平均有效主应力；a为所述等向压缩试验实验参数；b为等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数。4.根据权利要求2所述的不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法，其特征在于：S170中具体包含以下步骤：Sc171.采用Hardin等应力比试验条件下颗粒破碎计算公式，计算获得所述等向压缩试验实验参数，计算过程按下式表达：
其中：a为所述等向压缩试验实验参数；h
s
为粒状土的强度相关参数，对同一级配的粒状土为常数，由人工预设；n
s
为颗粒形状系数，由人工根据颗粒的形状预设，具体对尖角状颗粒取值为25，对半棱角状颗粒取值为20，对椭圆形颗粒取值为17，对圆形颗粒取值为15；e0为试样制备的初始孔隙比，由人工预设；Sc172.采用Hardin等应力比试验条件下颗粒破碎计算公式，计算获得所述等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数，计算过程按下式表达：其中：b为等向压缩试验下平均有效主应力值为1时的破碎参数；ξ为材料系数，对同一级配的粒状土为常数，由人工预设；pa为标准大气压强，为常数，由人工预设。5.根据权利要求3或4任一所述的不同应力路径下钙质砂的相对破碎率的确定方法，其特征在于：S200中具体包含以下步骤：S210.直接在仪器底座上制备不少于3份级配都与S110中的钙质砂试样的级配相同，且初始孔隙比都与S110中的钙质砂试样的初始孔隙比相同的钙质砂试样...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明星，钟丽，李晓目，郭波，刘进军，路亚妮，黄丽珍，伍彩，孙磊，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：