【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程地基土评价，具体涉及一种通过含水率和孔隙比确定土强度的方法。
技术介绍
1、土的强度主要由颗粒间的相互作用力决定而不是由颗粒矿物的强度决定，这个特点决定了土破坏的主要表现形式是剪切破坏，亦即其抗剪强度主要由颗粒间的黏聚力c和内摩擦角组成。土体具有碎散性、多相性和自然变异性的特点，使得土的强度表现比较复杂，容易受到环境因素的影响，如外部荷载、湿度等。传统土力学在计算土的强度时，要将黏聚力c和内摩擦角看作固定值，会对计算结果产生一定的影响，导致结果的准确性有所降低。土的剪切试验(gb/t 50123-2019《土工试验方法标准》)测试土的强度时，要求试样具有一定的尺寸和形状，且需要进行精确的制备和处理。剪切试验得到的结果通常是一个剪切强度值，但这个值本身并不能直接反映土在任何环境条件下的力学性能，需要结合其他试验条件(如土的含水率，密度，外部荷载等)和理论模型进行解释和分析。此外，直接剪切试验通常需要对试样进行破坏性测试，这意味着试样在试验过程中会发生破坏，无法再次使用，这些都增加了试验的难度、成本和时间。所以，仅依靠单一的传统土力学理论和试验方法是无法高效、准确的解决复杂环境下土的抗剪切强度的测定，本专利技术通过试验数据结合电脑软件拟合一个土的强度模型，仅需要通过测定土的含水率和孔隙比来确定土在不同环境条件下的强度。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种通过含水率和孔隙比确定土强度的方法，具有同种土可避免重复试验，只需要测定
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种通过含水率和孔隙比确定土强度的方法，包括以下步骤：
4、步骤一：分别制备含水率为2％、5％、15％、25％和饱和土试样；
5、步骤二：测定土试样初始孔隙比e0；
6、步骤三：试验组1进行剪切试验；试验组2在各级压力下固结稳定后不剪切，测定各级垂直压力下的含水率wg和孔隙比eg；
7、步骤四：对不同含水率的土试样，分别记录各级垂直压力下所测的抗剪强度τ值；
8、步骤五：在origin中利用固结后的孔隙比eg，固结含水率wg和抗剪强度τ，拟合出三维曲面并输出τf关于wg和eg的模型表达式；
9、步骤六：对拟合模型进行检验。
10、所述步骤一具体为：
11、在目标场地采取原状土试样，不同土层采取一块原状土试样，土试样以30cm*30cm*30cm整块取出并密封带回实验室；室内试验制样时，按照gb/t50123-2019《土工试验方法标准》将试验用的切土环刀内壁涂一层薄层凡士林,刃口向下，放在土试样上；用切土刀将土试样切削成稍大于环刀直径的土样；然后将环刀垂直向下压，边压边削，至土试样伸出环刀为止；削去两端余土并修平，擦净环刀外壁，称环刀、土总量，准确至0.1g；原状土试样同一组试样的密度最大允许差值应为±0.03g/cm3，含水率最大允许差值应为±2％；扰动土试样制备试样密度、含水率与制备标准之间最大允许差值应分别为±0.02g/cm3与±1％；扰动土平行试验或一组内各试样之间最大允许差值应分别为±0.02g/cm3与±1％。
12、制备的土试样的干密度按照gb/t 50123-2019《土工试验方法标准》(6.2)测定，试验共分为2组；每组制备试样时参照含水率低、中、高的临界值，将直剪试验原状土试样含水率设置为2％、5％、15％、25％、饱和5个目标含水率；每组剪切试验的垂直压力分别设置为50kpa、100kpa、200kpa、400kpa。
13、制备不同含水率土试样的步骤如下：(1)打开野外取回的土试样，根据标记的上下方向，削取直径为79.8mm，高度为20mm的完整环刀样，并测量土试样的天然含水量和干密度；天然含水率w0和土的密度ρ0分别按照gb/t50123-2019《土工试验方法标准》(5.2)和(6.2)测定；(2)为了控制土试样的设计含水率，采用了风干法和水膜转移法，需要减少或增加的水量按照公式(1)来计算；目标含水量在土样天然含水率之下的，使用自然风干法在干燥保湿皿中进行脱水处理，而目标含水量在土样天然含水率之上的，采用水膜转移法进行配置，饱和土试样放入饱和器中进行抽真空饱和，预定量的蒸馏水被装入喷壶，喷洒在土试样的上下表面；(3)所有达到目标含水量的土试样被用保鲜膜包裹好，并放置在保湿皿中静置72小时以上；
14、
15、式中：mw—需要增加或减少的水量(g)；
16、w—设计含水量(％)；
17、wn—试验时含水量(％)；
18、mn—试验时土试样的质量(g)。
19、所述步骤二具体为：依照公式(2)测定土样初始孔隙比e0，其中土的密度ρ0、土粒比重gs和天然含水率w0按照gb/t 50123-2019《土工试验方法标准》测定；
20、
21、式中：e0—初始孔隙比；
22、ρw—水的密度(取1.0g/cm3)；
23、gs—土粒比重；
24、ρ0—土的天然密度(g/cm3)；
25、w0—土的天然含水率(％)。
26、所述步骤三具体为：
27、按照gb/t 50123-2019《土工试验方法标准》21安装好土试样，取四个垂直压力分别为50kpa、100kpa、200kpa、400kpa，根据项目要求选择快剪、固结快剪或慢剪试验；
28、试验组1和试验组2同时进行固结试验，试验组1土试样在各级压力下固结稳定后的进行剪切试验，试验组2土试样在各级压力下固结稳定后的不进行剪切试验，按照公式(3)计算各级荷载作用下土的孔隙比，按照公式(4)和gb/t 50123-2019《土工试验方法标准》5测试各级荷载作用下的含水率；
29、土试样的各级压力下固结稳定后的孔隙比ei按照下式计算：
30、
31、式中：ei—某级压力下固结稳定后的孔隙比；
32、σδhi—某级压力下土试样的高度总变形量(mm)；
33、h0—土试样初始高度(mm)；
34、土试样的各级压力下固结稳定后的含水率wg应按下式计算,计算至0.1％
35、
36、式中：wg—土样固结稳定后的含水率(％)；
37、m0-湿土质量(g)；
38、md-干土质量(g)。
39、所述步骤四具体为：记录剪切试验数据，并按照公式(5)计算各级垂直压力下所测的抗剪强度：
40、τf＝cr (5)
41、式中：τf—土的抗剪强度(kpa)；
42、c—测力计率定系数(kpa/0.01mm)；(查仪器说明书，不清楚的情况下可取1.85kpa/0.01mm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通过含水率和孔隙比确定土强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体为：依照公式(2)测定土试样初始孔隙比e0，其中土的密度ρ0、土粒比重Gs和天然含水率w0按照GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》测定；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三具体为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四具体为：按照公式(5)计算各级垂直压力下所测的抗剪强度：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五具体为：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤六具体为：
【技术特征摘要】
1.一种通过含水率和孔隙比确定土强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体为：依照公式(2)测定土试样初始孔隙比e0，其中土的密度ρ0、土粒比重gs和天然含水率w0按照gb/t 50123-2019《土工试验方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：张耀，杨意凡，邵明航，张爱军，郭培玺，张莹，习羽，陈树峰，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：
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