潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法及系统，应用于水工岩土技术领域。包括以下步骤：S1.建立土骨架发生明显变形的判据，选取细颗粒含量F

【技术实现步骤摘要】
潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法及系统


[0001]本专利技术涉及水工岩土
，更具体的说是涉及潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法及系统。

技术介绍

[0002]潜蚀是指渗流携带内部不稳定土体中的细颗粒在粗颗粒形成的骨架孔隙中运移流失，逐渐在地基内形成局部被掏空、局部被充填的现象。所谓内部不稳定土体是指组成土体的粗细料的特征粒径不满足自滤条件，细料可以在粗料形成的孔隙中自由移动的土体。一般而言，间断级配土和级配曲线尾部较平缓的宽级配土均是典型的内部不稳定土。潜蚀发生后，随着大量细颗粒的持续流失，局部被掏空的区域，可能会诱专利技术显的骨架变形，进而诱发地基不均匀沉降，最终可能破坏大坝心墙或防渗墙等防渗体系，威胁大坝安全。如巴基斯坦Tarbela大坝发生的潜蚀，导致上游防渗铺盖出现362个塌陷坑，其中，最大塌坑直径达12.2m，深4.0m，下游渗流量高达9.4m3/s，水库被迫放空；加拿大WAC Bennett大坝冰渍土心墙料发生的潜蚀，导致上游坝肩出现2个塌陷坑，大坝心墙局部遭到严重破坏。因此，探讨研究潜蚀发生后能否诱专利技术显土骨架变形，对于科学评价潜蚀影响，保障大坝安全等均具有重要的理论意义和实际应用价值。
[0003]根据已有文献报道，有的内部不稳定土体在细颗粒大量流失后会发生明显变形，而有的内部不稳定土体在细颗粒流失的整个过程中始终未发生明显变形。如Chang和Zhang开展了不同应力状态下间断级配土体的潜蚀试验研究，结果发现大量细颗粒的流出会诱发骨架明显变形。Moffat等研究了取自WAC Bennett大坝的4种宽级配土的潜蚀过程，试验发现：2种土在细颗粒流出的整个过程中始终未发生变形，而另外2种土体却发生了明显的变形。由此可见，潜蚀发生后能否诱专利技术显土骨架变形，与内部不稳定土体的颗粒级配密切相关。
[0004]目前潜蚀相关研究重点关注“什么样颗粒级配特征的土体是内部不稳定土”，而很少关注“什么样颗粒级配特征的内部不稳定土体发生潜蚀后可诱专利技术显骨架变形”。如Kezdi(1979)提出当土体粗细粒径比D
′
15
/d
′
85
>4.0时，土体为内部不稳定土体，其中，D
′
15
表示粗颗粒中累积质量分数15％所对应的颗粒粒径，d
′
85
表示细颗粒中累积质量分数85％所对应的颗粒粒径。Kenney和Lau(1985)基于颗粒级配曲线上各点对应的H/F比值，建立了土体内部稳定性判别方法，其中，F为土体中任意粒径d对应的累积质量分数，H为d与4d之间的累积质量分数之差。Burenkova等(1993)、Wan和Fell(2008)根据间断级配、宽级配砂性土的特征粒径d
15
、d
60
和d
90
，分别建立了不同的土体内部稳定性的判别方法。Li和Fannin(2008)通过划分级配曲线中任意粒径对应质量分数F的范围，并利用土体级配曲线量计H/F比值，进一步建立了土体内部稳定性判别方法。Inndraratna等(2011)通过比较粗颗粒累计质量分数35％对应的特征孔径D
c35
和细颗粒累计质量分数85％时对应的代表粒径df
85
的比值，判别土体内部的稳定性。Chang和Zhang(2013)将土体级配中粒径小于0.063mm细颗粒含量和H/F的比值这两个指标相结合，建立了土体内部稳定性判别方法。然而，现有研究尚无法回
答：什么样颗粒级配特征的内部不稳定土体，在细颗粒持续流失后会诱专利技术显土骨架变形，而这一重要问题又关系着水电工程的安全。
[0005]因此，提出潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法及系统，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法及系统，利用该方法可以预测内部不稳定土体发生潜蚀后能否诱专利技术显坝基不均匀沉降，科学评价潜蚀发生后的危害性，为水电工程坝体坝基防渗设计及大坝安全评价等提供重要的理论依据。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法，包括以下步骤：
[0009]S1.建立土骨架发生明显变形的判据，选取细颗粒含量F
f
和粗粒颗粒特征粒径比D
′
15
/d
′
85
表征内部不稳定土体颗粒级配特征；
[0010]S2.根据内部不稳定土体的颗粒级配曲线，确定粗细颗粒界限粒径D
cr
；
[0011]S3.根据粗细颗粒界限粒径D
cr
和不稳定土体的颗粒级配曲线，确定细颗粒含量F
f
和粗粒颗粒特征粒径比D
′
15
/d
′
85
；
[0012]S4.在D
′
15
/d
′
85
‑
F
f
散点图上绘制内部不稳定土体对应的F
f
和D
′
15
/d
′
85
，并根据散点所处位置评价该土体潜蚀发生后能否诱专利技术显骨架变形。
[0013]可选的，S1中的建立土骨架发生明显变形的判据具体为：选择体积应变作为土骨架发生明显变形的评价指标，将颗粒流失过程中诱发试样的体积应变达到或超过1％时，作为土骨架发生明显变形的判据。
[0014]可选的，S2中确定粗细颗粒界限粒径D
cr
的具体方法为：当F≤40％时，对于宽级配的内部不稳定土，(H/F)
min
所对应的粒径为界限粒径D
cr
；对于间断级配土，级配曲线平台部分的最小粒径即为界限粒径D
cr
。
[0015]可选的，F为内部不稳定土体级配曲线中任意粒径d对应的质量百分含量，H为内部不稳定土体级配曲线中粒径d与4d之间的质量百分含量之差。
[0016]可选的，S3中确定F
f
和D
′
15
/d
′
85
的具体方法为：
[0017]S31.D
cr
对应的累计质量百分含量，即为细颗粒含量F
f
；
[0018]S32.当累计质量百分含量为0.85F
f
时，对应的颗粒粒径即为d
′
85
，当累计质量百分含量为15+0.85F
f
时，对应的颗粒粒径即为D
′
15
；
[0019]S33.S32中两种百分含量对应的颗粒粒径相除即可得到D
′
15
/d
′
8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立土骨架发生明显变形的判据，选取细颗粒含量F
f
和粗粒颗粒特征粒径比D
′
15
/d
′
85
表征内部不稳定土体颗粒级配特征；S2.根据内部不稳定土体的颗粒级配曲线，确定粗细颗粒界限粒径D
cr
；S3.根据粗细颗粒界限粒径D
cr
和不稳定土体的颗粒级配曲线，确定细颗粒含量F
f
和粗粒颗粒特征粒径比D
′
15
/d
′
85
；S4.在D
′
15
/d
′
85
‑
F
f
散点图上绘制内部不稳定土体对应的F
f
和D
′
15
/d
′
85
，并根据散点所处位置评价该土体潜蚀发生后能否诱发明显骨架变形。2.根据权利要求1所述的潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法，其特征在于，S1中的建立土骨架发生明显变形的判据具体为：选择体积应变作为土骨架发生明显变形的评价指标，将颗粒流失过程中诱发试样的体积应变达到或超过1％时，作为土骨架发生明显变形的判据。3.根据权利要求1所述的潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法，其特征在于，S2中确定粗细颗粒界限粒径D
cr
的具体方法为：当F≤40％时，对于宽级配的内部不稳定土，(H/F)
min
所对应的粒径为界限粒径D
cr
；对于间断级配土，级配曲线平台部分的最小粒径即为界限粒径D
cr
。4.根据权利要求3所述的潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法，其特征在于，F为内部不稳定土体级配曲线中任意粒径d对应的质量百分含量，H为内部不稳定土体级配曲线中粒径d与4d之间的质量百分含量之差。5.根据权利要求1所述的潜蚀诱发土骨架变形的土体颗粒级配特征判别方法，其特征在于，S3中确定F
f
和D
′
15
/d
′
85
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗玉龙，张兴杰，杨林骏，邱子源，张光宇，贺骏奇，戴诗菡，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：