一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法技术

一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法，该方法包括以下步骤：S1、以输电杆塔基础边坡内部土石混合体中粒径范围在10mm

【技术实现步骤摘要】
一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法


[0001]本专利技术涉及岩石工程
，尤其涉及一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法。

技术介绍

[0002]受我国西部及南方地区复杂地质环境限制，输电线路沿线地形及地质条件极其复杂，输电杆塔基础通常位于山脊或边(斜)坡地带。其中，我国西南地区部分输电工程杆塔常见坐落于松散堆积边坡上，在开挖、降雨及地震等荷载扰动作用下，杆塔基础区域极易发生变形破坏，进而导致杆塔基础边坡发生滑坡、泥石流等地质灾害，严重影响输电线路后续运营及当地人民群众的生命财产安全。
[0003]作为堆积体边坡的主要组成物质，土石混合体泛指第四纪以后形成的，由具有一定工程尺度且强度较高的块石、细粒土体及孔隙共同构成的极端不均匀松散岩土介质系统。土石混合体内部块石粒径受地质成因影响，由几厘米到几十厘米分布不等。现阶段，试验手段仍是获得土石混合体力学参数最为有效的手段之一。为了避免设备边界对试样内部块石颗粒运动造成约束进而影响试验结果，通常需要借助大型力学试验设备对土石混合体进行试验。但是对于部分室内力学试验而言，例如巴西劈裂试验、单轴压缩试验等，通常仅能提供常规尺寸试验设备；而根据相关实验规范，常规尺寸试验设备的最大允许颗粒粒径一般不超过10mm，与天然堆积体边坡中块石颗粒粒径相差较大，这种试验与天然条件下土石混合体粒径分布的差异，将直接导致两者的结构特征存在明显区别，进而导致试验中所表现的力学特征也并不能完全表征天然堆积体边坡中土石混合体的相关力学特征。
[0004]关于这种由于岩土介质研究尺寸不同而出现的尺寸效应现象，研究人员已经开展了较为深入的研究。但是，力学试验设备尺寸的限制为开展不同研究尺寸土石混合体力学试验研究带来了一定困难。因此，现阶段关于土石混合体尺寸效应的讨论数量仍相对较少。研究尺寸的变化将不可避免地对土石混合体的粒度组成特征造成影响，例如最大粒径、平均粒径、分形维数及曲率系数等特征参数的变化；其中，最为直接的影响是导致土石混合体内部最大块石粒径发生变化。一方面，块石的破碎强度与其粒径存在密切关系，最大粒径的改变将影响块石颗粒所能承受的最大外力，进而引发试样整体力学性质发生变化；另一方面，最大块石粒径对土石混合体试样的结构特征及破坏模式也存在明显影响，单轴压缩条件下大粒径块石附近土体颗粒脱落现象更为明显，块石粒径的增加将更易导致试样内部局部破坏出现，加速裂缝拓展。已有研究在针对土石混合体内部块石衍生的土石接触面及其作用效果进行讨论时，可获得的试验数据仍以粒径范围在2～10mm的块石颗粒的形态及表面粗糙程度的影响作用为主进行讨论，较少地考虑到粒径变化对于土石接触面强度的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的计算繁琐、计算精度低的缺陷与问题，提
供一种计算简单、计算精度高的输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法。
[0006]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1、以输电杆塔基础边坡内部土石混合体中粒径范围在10mm
±
2mm的块石为研究对象，通过室内试验测量块石的休止角，或者采用图像采集分析提取块石的形态指标；借助单轴压缩试验获取土石混合体中土体基质的单轴抗压强度；
[0008]S2、结合土体基质的单轴抗压强度及块石的休止角或者形态指标计算块石粒径范围在10mm
±
2mm的土石混合体的特征参数；
[0009]S3、计算不同最大块石粒径条件下土石混合体的修正特征参数，然后通过修正特征参数和土体基质的单轴抗压强度计算土石混合体单轴抗压强度。
[0010]步骤S1中，所述土体基质是指粒径小于2mm的土体颗粒。
[0011]步骤S3中，以土石混合体最大块石粒径作为粒径量化指标，以10mm为标准粒径，以标准粒径条件下得到的特征参数为标准特征参数，对不同最大块石粒径条件下土石混合体单轴抗压强度进行拟合，得到对应的修正特征参数。
[0012]步骤S3中，修正特征参数A
m
与最大粒径比值a之间的关系如下所示：
[0013][0014]式中，A
10
为标准特征参数；
[0015]最大粒径比值a计算公式为：
[0016]a＝d
max
/d
10
[0017]式中，d
max
为土石混合体最大块石粒径，d
max
为10～60mm；d
10
为标准粒径。
[0018]步骤S3中，土石混合体单轴抗压强度计算公式为：
[0019][0020]式中，USC
S
‑
RM
为最大块石粒径范围在10～60mm的土石混合体单轴抗压强度，UCS
soil
为土体基质的单轴抗压强度，VBP为输电杆塔基础边坡内部土石混合体的体积含石量，A
m
为不同最大块石粒径条件下土石混合体的修正特征参数。
[0021]所述输电杆塔基础边坡内部土石混合体的体积含石量通过室内物性试验获得。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]1、本专利技术一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法中，仅需要借助室内物性试验和常规尺寸力学试验，基于土体基质单轴抗压强度、块石休止角或者形态及表面粗糙程度量化指标、块石含量和最大块石粒径，实现了块石粒径范围为10～60mm的某含石量土石混合体单轴抗压强度的参数计算，具有待定参数较易获得、计算简单易行等特点，扩大了已有经验计算公式所适用的块石粒径范围，降低了土石混合体的采样及制样成本。
[0024]2、本专利技术一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法中，从块石扰
动土体基质结构进而造成力学性质劣化的角度出发，在特征参数影响因素的基础上，考虑颗粒尺寸效应作用影响，提出使用最大块石粒径作为粒径分布特征的关键参数，从块石组分对结构特征及力学性质的影响角度出发，建立了土石混合体单轴抗压强度与最大块石粒径之间的量化关系，从而实现在考虑尺寸效应影响的基础上，更为合理地反映天然堆积体边坡内部、夹杂10～60mm粒径块石的土石混合体的力学性质，为堆积体边坡工程设计和计算提供了参数取值依据，较为适用于水利、电力及交通边坡工程等稳定性分析，具有一定的计算精度。
附图说明
[0025]图1是本专利技术一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法的流程图。
[0026]图2是最大块石粒径不超过10mm的土石混合体单轴抗压强度与试验值对比图。
[0027]图3是考虑粒径尺寸效应修正的单轴抗压强度计算值与数值模拟值对比图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图说明和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0029]参见图1，一种输电杆塔基础边坡土本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、以输电杆塔基础边坡内部土石混合体中粒径范围在10mm
±
2mm的块石为研究对象，通过室内试验测量块石的休止角，或者采用图像采集分析提取块石的形态指标；借助单轴压缩试验获取土石混合体中土体基质的单轴抗压强度；S2、结合土体基质的单轴抗压强度及块石的休止角或者形态指标计算块石粒径范围在10mm
±
2mm的土石混合体的特征参数；S3、计算不同最大块石粒径条件下土石混合体的修正特征参数，然后通过修正特征参数和土体基质的单轴抗压强度计算土石混合体单轴抗压强度。2.根据权利要求1所述的一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法，其特征在于：步骤S1中，所述土体基质是指粒径小于2mm的土体颗粒。3.根据权利要求2所述的一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴抗压强度计算方法，其特征在于：步骤S3中，以土石混合体最大块石粒径作为粒径量化指标，以10mm为标准粒径，以标准粒径条件下得到的特征参数为标准特征参数，对不同最大块石粒径条件下土石混合体单轴抗压强度进行拟合，得到对应的修正特征参数。4.根据权利要求3所述的一种输电杆塔基础边坡土石混合体单轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：周英博，盛根林，乔诗慧，全江涛，许汉平，周蠡，蔡杰，殷建刚，余宏桥，段志强，陈航，李智威，熊川羽，陈然，高晓晶，马莉，李吕满，孙利平，廖晓红，张赵阳，王巍，熊一，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：