一种地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法技术

本发明专利技术公开了一种地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法，包括：对地下水位以上土层进行取样，获得非饱和土样；基于控制净平均应力的三轴收缩实验获得体积应变和基质吸力的关系曲线，根据关系曲线的转折点获得屈服吸力值；获取土层的地下水位线距离地面的第一距离、非饱和土层的厚度以及地下水位下降后地下水位线距离地面的第二距离；基于基质吸力的线性表达式获得非饱和土样厚度中间位置处的初始基质吸力、地下水位下降后的最终基质吸力；基于最终基质吸力与初始基质吸力获得基质吸力变化，根据基质吸力变化与屈服吸力值的大小关系获得非饱和土层沉降结果。本发明专利技术能够得到土层真实可靠的沉降计算结果，具有重要的工程应用价值。工程应用价值。工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法


[0001]本专利技术属于非饱和土层沉降
，特别是涉及一种地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法。

技术介绍

[0002]地下水位下降会引发非饱和土层中基质吸力的增大，基质吸力增大会使得非饱和土体产生收缩变形，进而引起非饱和土层的沉降。目前地下水位下降引起的非饱和土层的沉降计算模型主要是基于非饱和土的弹性理论建立的，而非饱和土层的变形沉降主要是弹塑性变形，采用弹性理论建立的非饱和土层沉降计算方法不符合土层的实际变形情况，采用弹性理论计算得到的非饱和土层沉降量小于实际沉降量，因此非常有必要针对非饱和土层的实际变形状况建立符合沉降计算模型。针对地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降，通过考虑非饱和土的弹塑性理论得到适用于非饱和土层地下水位下降引起的一维沉降计算模型，进而得到土层真实可靠的沉降计算方法，具有重要的工程应用价值。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种地下水位下降引起的土体一维沉降计算方法。与现有方法相比，本专利技术提出的非饱和土层地下水位下降引起的一维沉降计算方法，能够考虑地下水位下降引起的非饱和土层基质吸力变化引起的土层弹塑性变形，使得非饱和土层的沉降变形计算符合实际情况，从而在计算方法上更为合理。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法，包括：
[0005]对地下水位以上土层进行取样，获得不同类型的非饱和土样；
[0006]基于控制净平均应力的三轴收缩实验获得所述非饱和土样的体积应变和基质吸力的关系曲线，根据所述关系曲线的转折点获得所述非饱和土样的屈服吸力值；
[0007]获取土层的地下水位线距离地面的第一距离以及所述非饱和土层的厚度；
[0008]基于所述第一距离以及所述非饱和土层的厚度，根据基质吸力的线性表达式获得非饱和土样厚度中间位置处的初始基质吸力；
[0009]获取地下水位下降后地下水位线距离地面的第二距离以及与所述第一距离的距离差；
[0010]基于基质吸力的线性表达式获得地下水位下降后非饱和土样厚度中间位置处的最终基质吸力；
[0011]基于所述最终基质吸力与初始基质吸力获得基质吸力变化，判断所述基质吸力变化与所述屈服吸力值的大小关系，根据所述大小关系计算获得非饱和土层沉降结果。
[0012]优选地，所述基质吸力的线性表达式为：
[0013]s＝ρ
w
.g.h
[0014]式中，ρ
w
表示地下水的密度，h表示非饱和土样厚度中间位置到地下水位的距离。
[0015]优选地，根据所述大小关系计算获得非饱和土层沉降结果的过程包括，
[0016]当所述基质吸力变化小于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样弹性体应变为：
[0017][0018]式中，k(s)表示非饱和土与吸力相关的回弹指数；e表示非饱和土的孔隙比；Δs表示非饱和土层厚度中间位置处由于地下水位下降引起的基质吸力变化；P
atm
表示大气压力；
[0019]当所述基质吸力变化大于等于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样塑性体应变为：
[0020][0021]式中，λ(s)表示非饱和土与基质吸力相关的压缩指数；
[0022]当所述基质吸力变化大于等于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样总体应变为
[0023][0024]优选地，所述非饱和土与吸力相关的回弹指数k(s)通过非饱和土样饱和状态时的回弹指数k(0)获得，k(s)＝k(0)＝k；
[0025]所述非饱和土与基质吸力相关的压缩指数λ(s)与基质吸力s之间的经验表达式为：
[0026]λ(s)＝λ(0)[(1
‑
γ)exp(
‑
βs)+γ][0027]式中：γ表示适用于非饱和土样的常数；β表示控制λ随基质吸力s增长速率的参数。
[0028]优选地，所述回弹指数k(0)以及压缩指数λ(0)的获取过程包括，
[0029]对非饱和土样施加围压进行固结，将固结后的非饱和土样进行反压饱和，然后对饱和试样施加大于试样固结围压的不同大小的围压进行压缩
‑
回弹
‑
再压缩，得到试样的比体积v
‑
lnp曲线，根据所述比体积v
‑
lnp曲线得到试样的不同围压条件下的压缩指数λ(0)和回弹指数k(0)，分别取平均值作为计算使用的参数值。
[0030]优选地，所述压缩指数λ(s)的获取过程包括，
[0031]对非饱和土样施加围压进行固结，将固结后的非饱和土样进行反压饱和，然后对饱和试样施加大于试样固结围压的净围压p
’
，对饱和试样施加大于施加净围压的不同基质吸力；施加的基质吸力稳定后保持不变，继续施加净围压进行不同吸力下的压缩试验，进而得到试样不同基质吸力下的比体积V
‑
lnp
′
曲线，进而得到不同吸力下的压缩指数λ(s)。
[0032]优选地，当所述基质吸力变化小于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样弹性体应变进一步表示为：
[0033][0034]当所述基质吸力变化大于等于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样总体应变进一步表示为
[0035][0036]优选地，根据体应变ε
v
和线应变ε之间的关系：
[0037]ε
v
＝ε
x
+ε
y
+ε
z
[0038]获得非饱和土层一维竖向变形条件下，ε
x
＝ε
y
＝0，
[0039]体应变ε
v
和线应变ε的关系为：
[0040]ε
v
＝ε
z
[0041]当所述基质吸力变化小于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样的竖向沉降变形为：
[0042][0043]式中，h表示非饱和土层的厚度；
[0044]当所述基质吸力变化大于等于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样的竖向沉降变形为：
[0045][0046]优选地，当所述基质吸力变化小于所述屈服吸力值时，地下水位下降引起的非饱和土层的竖向变形沉降总和为：
[0047][0048]当所述基质吸力变化大于等于所述屈服吸力值时，地下水位下降引起的非饱和土层的竖向变形沉降总和为：
[0049][0050]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0051]本专利技术能够考虑到非饱和土中的基质吸力大于屈服吸力所引起的弹塑性变形，同时本专利技术中各参数可以通过室内常规试验方法获得。由本专利技术得到的非饱和土层由于地下水位下降引起的沉降计算方法考虑了基质吸力变化引起的非饱和土体弹塑性变形的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法，其特征在于，包括：对地下水位以上土层进行取样，获得不同类型的非饱和土样；基于控制净平均应力的三轴收缩实验获得所述非饱和土样的体积应变和基质吸力的关系曲线，根据所述关系曲线的转折点获得所述非饱和土样的屈服吸力值；获取土层的地下水位线距离地面的第一距离以及所述非饱和土层的厚度；基于所述第一距离以及所述非饱和土层的厚度，根据基质吸力的线性表达式获得非饱和土样厚度中间位置处的初始基质吸力；获取地下水位下降后地下水位线距离地面的第二距离以及与所述第一距离的距离差；基于基质吸力的线性表达式获得地下水位下降后非饱和土样厚度中间位置处的最终基质吸力；基于所述最终基质吸力与初始基质吸力获得基质吸力变化，判断所述基质吸力变化与所述屈服吸力值的大小关系，根据所述大小关系计算获得非饱和土层沉降结果。2.根据权利要求1所述的地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法，其特征在于，所述基质吸力的线性表达式为：s＝ρ
w
.g.h式中，ρ
w
表示地下水的密度，h表示非饱和土样厚度中间位置到地下水位的距离。3.根据权利要求1所述的地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法，其特征在于，根据所述大小关系计算获得非饱和土层沉降结果的过程包括，当所述基质吸力变化小于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样弹性体应变为：式中，k(s)表示非饱和土与吸力相关的回弹指数；e表示非饱和土的孔隙比；Δs表示非饱和土层厚度中间位置处由于地下水位下降引起的基质吸力变化；P
atm
表示大气压力；当所述基质吸力变化大于等于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样塑性体应变为：式中，λ(s)表示非饱和土与基质吸力相关的压缩指数；当所述基质吸力变化大于等于所述屈服吸力值时，基质吸力变化引起的非饱和土样总体应变为4.根据权利要求3所述的地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法，其特征在于，所述非饱和土与吸力相关的回弹指数k(s)通过非饱和土样饱和状态时的回弹指数k
(0)获得，k(s)＝k(0)＝k；所述非饱和土与基质吸力相关的压缩指数λ(s)与基质吸力s之间的经验表达式为：λ(s)＝λ(0)[(1
‑
γ)exp(
‑
βs)+γ]式中：γ表示适用于非饱和土样的常数；β表示控制λ随基质吸力s增长速率的参数。5.根据权利要求4所述的地下水位下降引起的非饱和土层一维沉降计算方法，其特征在于，所述回弹指数k(0)以及压缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢国起，张立君，玄伟，李健，李大鹏，
申请(专利权)人：潍坊学院，
类型：发明
国别省市：